包括模制的光学插入器以及PIC和2个偏振选择性元件的能够实现隔离和/或偏振管理的光学耦合器

包括模制的光学插入器以及pic和2个偏振选择性元件的能够实现隔离和/或偏振管理的光学耦合器


背景技术：

1.虽然传统网络拓扑实施树状架构，在该树状架构中，接入节点之间的数据流量必须通过几个层次结构传输，而在较新的数据中心中实施的拓扑通常基于将架顶式(tor)交换器(叶)与多个或所有主干节点连接的脊叶式架构，从而显著缩短延迟并提高网络可靠性。由于由此产生的高的端口数和增加的距离，也由于服务器数量按比例增加，这些架构需要在500米甚至更远的距离上具有成本效益的高带宽光学互连。因此，该行业目前正在经历从传统的多模垂直腔面发射激光器(vcsel)技术向基于单模的光学技术的范式改变。这有助于诸如硅光子学的光子集成电路(pic)技术的使用，该pic技术具有能够实现例如波分多路复用或偏振复用数据编码的复杂光学电路。具有由ieee p802.3bs标准定义的每载波或每光纤100gb/s的400g收发器正在使用外部调制和pic技术实施。
2.作为进一步的趋势，正在积极研究数据中心交换器中的电子-光子共封装作为降低电力消耗的手段。这带来了进一步的光学封装挑战，因为必须将非常大量的光纤放入单一封装中。
3.在下文中，pic是指包括光学部件的芯片，该光学部件从该芯片发射或接收光或将光发射或接收至该芯片，并且pic可以是指包含连接至调制器、光电检测器、复用器或其他片上光学器件的波导的芯片。然而，它也可以是指包含表面发射单模vcsel或大面积检测器的阵列的芯片。pic还可以是包括光子器件和电子器件两者的电子光子集成电路(epic)。在其最一般的形式中，pic可以是指具有发射光或接收光的光子器件的任何芯片。
4.在单模光学系统中，各个光学元件之间的光的有效耦合是一项重大挑战，因为它需要两个部件精确的空间和角度对准。此外，由于标准单模光纤不保持预定偏振，并且集成部件在设计用于单偏振时通常性能更高，因此在组装单模光学系统时偏振管理是另一项重大挑战。最后，光学系统中使用的激光器通常需要与背向反射隔离才能以稳定的方式操作。由于隔离器通常使用作为光学封装的一部分组装的分立部件来实施，这给后者带来了进一步的挑战。
5.一般来说，单模光纤耦和技术可以分为三类：
[0006]-将光纤直接耦接至表面发射/接收、模式匹配的发射器或接收器；
[0007]-将光纤直接耦接至模式匹配的边缘发射器或接收器；
[0008]-使用成像光学器件将光纤间接耦接至表面或边缘发射器或接收器以进行模式转换。
[0009]
对于前2种耦和技术，将单模光纤直接耦接至诸如pic的光学部件。模式匹配例如通过使用模式匹配的表面发射光栅耦合器或绝热锥形波导作为pic上的边缘耦合器来实现。也可以使用将pic的模式绝热变换为光纤模式的基于插入波导的部件，在这种情况下，耦和方案在概念上可以看作是在几个光学部件之间的一系列直接耦和。该耦和方案的特征在于光保持在插入器的波导内部被引导，而不是作为不受波导中的引导限制的自由光束传播(如下文描述的在插入器中的情况)。在这些直接耦和方案中，模式轮廓(mode profile)
的尺寸在几微米的量级，并且当光学部件直接彼此附接时，元件之间的光束路径很短，甚至可以是零长度。对准公差随模式轮廓而变化，因此，当附接单模光纤时，对准公差可以达到几微米。然而，除了变换模式之外，这些耦和方案不会向系统添加任何光学功能。即，必须在光学系统中的其他地方实施偏振分离、波长过滤、路由或光学隔离。如果在pic上实施，如果两种偏振被分别处理，则片上偏振管理可能需要重复的部件，或者如果在pic上组合两种偏振，则可能会显著增加光学系统和相关联的控制系统的复杂性。特别是，重新组合两种任意偏振通常需要具有至少两个移相器的光子子电路。虽然在系统启动时将控制信号施加到两个移相器以重新组合两种偏振是易于处理的问题，但由于入射光的偏振随着时间推移而漂移，移相器可能会达到其合规极限，从而导致不可接受的服务中断。
[0010]
第三种方法目前主要用于高价位的中小体积产品，例如在高价值的电信应用中。这里，将诸如透镜阵列、棱镜或偏振分束器的分立光学元件组装在光学试验台子组件上，该光学试验台子组件将发射元件(例如，激光二极管、pic或光纤)的光学模式成像(变换)为接收元件(例如光电二极管、pic或光纤)的光学模式。由于光束路径的对准和光学元件的对准所需的严格公差，当保持合理的收率时，多模系统中使用的聚合物基耦合器不能用于单模光学系统。此外，由于光束路径的长度，各个元件的角度对准公差显著更严格，并且，在当前最先进的组装技术下，只有对精密制造的元件进行连续主动组装才能产生合理的结果。为了保持足够的制造精度，此类元件通常是通过磨削、抛光或灰度光刻然后进行蚀刻来制造的。组装过程的复杂性使得这种耦和技术成为主要的成本驱动因素，目前其商业应用限制于高价应用。
[0011]
然而，外部成像系统与向耦合器子组件中添加其他光学功能(诸如偏振管理、波长管理或光学隔离)是兼容的。那么，重要的挑战是在尽可能少的部件中集成尽可能多的功能，并在各个部件内部而不是在各个部件之间保持延长的自由光束路径，以便于组装。
[0012]
用于制造分立光学部件的常用制造技术有：
[0013]-单个部件的高精度磨削和抛光；
[0014]-单个或多个部件的高精度玻璃模制；
[0015]-利用3d灰度掩模技术的高精度蚀刻。
[0016]
虽然第一种方法在光学性能方面产生了最好的结果，但它也是成本最高的方法，并且仅用于高价位的应用，诸如用于天文系统的大直径透镜。最后一种方法是基于高分辨率光刻和3d抗蚀剂曝光。它提供了最高的空间分辨率，并允许在晶片尺度上并行制造多个高分辨率光学元件，诸如光栅或透镜阵列。然而，高分辨率光刻通常需要平坦的表面作为基板。此外，制造3d表面(诸如，透镜表面)需要大量的工艺开发，并且不能轻易地转移至其他几何形状，其可实现的范围仍然非常有限。
[0017]
高精度模制技术结合了其他2种制造技术的优势，既提高了生产量，又具有高的设计灵活性。这里，玻璃预制件，通常是具有光学级顶部和底部表面质量的平面晶片形状的基板，被加热到玻璃化转变温度(tc)以上，然后在1或2个模具之间通过压缩而成型，这些模具可以使用高精度磨削、铣削和切割，或其组合来制造，为所形成的3d表面提供了非常高的形状精度以及高度灵活性。由于模具可以重复使用多达几千次，并且可以用硬化材料重新涂覆以延长其寿命，因此与精密磨削相关联的成本开销可以分摊到大量的模制预制件和制造零件上。
[0018]
此外，相同或不同几何形状的多个实例可以通过应用于晶片形预制件的单一模制工艺来并行制造。由于玻璃模制是一种可复制的制造技术，因此其提供了高的生产量，其中根据模制零件的尺寸，每台生产工具每年可以制造几十万到几百万个零件。有多种玻璃基板可供选择，从tc约为450℃的低温玻璃到tc为1100℃的纯二氧化硅基板，以及宽范围的热膨胀系数，便于与由不同材料制成的其他构件块可靠组装。该工艺有两种版本：(1)等温玻璃模制，其中模具和玻璃预制件均被预热到相同的温度，以及(2)非等温玻璃模制(ngm)，在非等温玻璃模制(ngm)中，仅玻璃预制件被加热到玻璃化转变温度以上，模具保持显著的冷却。这允许减少工艺时间，从而比等温工艺具有更高的生产量。然而，它也更易于受到温度梯度引起的张力和局部收缩的影响，使该工艺比等温工艺更不精确，也潜在地更不可靠。虽然玻璃模制制造技术多年来一直用于制造诸如照明应用的透镜，但它直到最近才达到实现单模耦合的器件所需的精度和分辨率水平。即使是现在，一些尺寸，诸如顶部模具和底部模具之间的精确距离，以及由此模制零件的顶表面和底表面之间的距离，仍然是至关重要的，并且会影响所制造的零件的整体公差。此外，如果透镜的光轴沿着压制的主轴或相对于压制的主轴呈小角度，即在模制晶片形预制件的情况下，如果透镜的光轴与玻璃晶片的表面接近垂直，则可以以更高的精度制造透镜。相对于该方向+/-30o的范围通常仍然可以以良好的产量进行制造。需要将这些约束和公差引入插入器设计中以获得可用的零件。尽管如此，这种制造方案比灰度光刻提供了更多的灵活性，因为其他特征(诸如，反射琢面)可以与透镜同时直接制造。该性能将在下文中被充分利用以向玻璃模制的插入器添加功能。
[0019]
诸如偏振管理或光学隔离的功能需要偏振选择性元件，该偏振选择性元件可以在玻璃模制的插入器上以位于介质材料的边界或介质材料之间的偏振选择性元件的形式实施。存在几类这样的偏振选择性元件，它们影响两种电介质(包括空气、真空和玻璃)之间的边界的反射率或透射率，使得光在边界处根据其偏振而被透射、反射、散射或吸收。在下文中，如果一种偏振被反射而另一种偏振被透射或滤除，则这些偏振选择性元件将进一步被称为偏振选择性反射器，如果一种偏振被透射而另一种偏振被滤除，则这些偏振选择性元件将进一步被称为偏振选择性滤光器。
[0020]
1.基于金属表面光栅的偏振选择性元件。沿与光栅相同轴线定向的电(e-)场在金属线中诱导产生电流，从而导致显著的吸收(过滤偏振)，而垂直于光栅的朝向定向的电场以大幅降低的吸收穿过(透射偏振)。需要对金属光栅的密度和尺寸进行仔细的设计以在透射偏振和过滤偏振之间具有足够的对比度。特别地，需要非常精细和可能昂贵的光刻。作为显著的优点，偏振器的功能在很宽的波长和入射角范围内保持不变。
[0021]
2.基于介质表面光栅的偏振选择性透射/反射元件。这种偏振器的工作原理是基于光的不同散射行为，这取决于它相对于(1d)光栅的面内平移轴线或相对于2d光栅的晶格矢量是否具有平行或垂直的电场排列。当一种偏振被散射到侧面或被反射(过滤或反射偏振)时，另一种偏振穿过(透射偏振)。这些类型的偏振器需要将光栅尺寸非常精确地控制在几十纳米内，并且通常是光学窄带。此外，入射角通常被限制在狭窄的范围内。
[0022]
3.基于典型的多层介质薄膜堆叠的偏振选择性透射/反射元件，其根据光的偏振来反射(反射偏振)或透射(透射偏振)光。这些多层堆叠更易于制造，并被广泛用于偏振分束器立方体(pbs)。它们利用在两种介质材料界面处的不同反射系数，这取决于e-场相对于入射平面是垂直的(s-偏振)还是平行的(p-偏振)。特别地，用于p-偏振光的反射系数在被
定义为入射角arctan(n'/n)的布儒斯特角处变为零，其中n是光入射/被反射的介质材料的折射率，n'是光透射的介质材料的折射率。通过具有多个介质边界以及相关联的各个反射相长叠加来改善s-偏振的反射。这可以用来设计让p-偏振穿过并反射s-偏振的薄膜堆叠。因此，这些偏振器需要相对于层堆叠的表面法线倾斜的入射角。s-偏振光的反射通过堆叠多个层来增强，以减少的光学带宽换取透射偏振和反射偏振之间增强的对比度。这种配置，也被称为macneille配置，用于布儒斯特角偏振分束器。作为缺点，如果目标是特定的入射角(通常如在偏振分束器内部测量的相对于薄膜堆叠的表面法线为45
°
)，这限制了立方体基板材料的折射率以匹配取决于薄膜堆叠中使用的材料的折射率的值。例如，如果薄膜堆叠是通过交替折射率为n1和n2的两种材料形成的，则pbs的玻璃基板应当优先具有验证n
g2
＝2n
12n22
/(n
12
+n
22
)的折射率ng。另一种被称为平板偏振器的方法不需要入射角精确地处于薄膜堆叠内部的布儒斯特角，从而放松了设计限制。它依赖于四分之一波长堆叠的高反射率波长范围(其阻带)的光谱宽度与薄膜之间的界面处的反射系数的强度的相关性。当光的波长在一种偏振的高反射率范围内但接近边缘时，它可以已经在另一种偏振的高透射率范围内，从而产生所需的偏振选择。作为缺点，这种更依赖于薄膜干涉效应的配置可以是更窄频带，除非它们被优化以支持更宽的波长范围，在这种情况下，两种偏振(消光)之间的选择性可能会受到影响。基于介质薄膜堆叠的偏振器将被阻挡的偏振中的光保留在可用的光束中，因为它被反射到与透射偏振的光不同的另一个预定方向(反射偏振)。薄膜堆叠可以通过连续的介质涂层来制造，也可以被称为薄膜涂层。
[0023]
上文描述的三种类型的偏振选择性元件属于介质材料界面处或介质材料之间的表面处理的一般类别。
[0024]
还可以在pic中以偏振选择性耦合器的形式实施偏振选择性元件，该偏振选择性耦合器根据其偏振将光耦合至pic中，并进一步耦合至pic上的其他光学器件，诸如波导、调制器、复用器等，或者将光丢弃或反射回去。因此，这些偏振选择性耦合器可以实现耦合元件和片上偏振滤光器的双重作用。类似地，偏振选择性耦合器可以在单偏振下从pic发射光。
[0025]
由光栅排列组成的单偏振光栅耦合器是这样的耦合器件，该耦合器件允许pic上的和从pic离开的光的耦合以实现单偏振，通常但不总是具有沿光栅的主轴线定向的e-场的偏振。这种光栅耦合器允许将来自波导的光耦合至从pic的表面发射的光束，或者捕获入射到pic的表面上的光束并将其耦合至波导。虽然许多图示出了具有单偏振光栅耦合器的配置，但这些只是表面发射偏振选择性pic耦合器的一个例子。因此，这些图还意在表示包括通用的偏振选择性的表面发射/接收耦合器(在下文中为了简洁而简称为表面发射耦合器)的更一般的配置。
[0026]
偏振选择性耦合器的另一个例子是波导边缘耦合器，该波导边缘耦合器与片上元件组合以允许将光耦合至pic的边缘和耦合来自pic的边缘的光，该片上元件让一种偏振穿过并反射、耦合出或以其他方式丢弃另一种偏振。该偏振滤光器可以例如以波纹波导的形式来实施。由于可以例如通过选择非正方形的矩形截面来将集成波导制成高度双折射的(即，对于两种偏振具有不同的有效折射率)，所以可以根据光的偏振制备这种波纹以具有非常不同的特性，从而它仅反射或耦合出一种偏振，而让另一种穿过。通过调整光栅的周期性或波导的截面，可以选择透射哪种偏振和丢弃哪种偏振。偏振灵敏度也可以通过其他方
式实施，例如，波导波纹可以由偏振选择性反射器代替，该偏振选择性反射器采用沉积在边缘耦合器界面顶部的pic边缘上的薄膜涂层的形式。这种薄膜涂层也是pic的一部分。
[0027]
为了符号的简洁，具有不足的偏振灵敏度的边缘耦合器或其他耦合器与片上偏振选择性元件的组合在下文中也被称为偏振选择性耦合器，即便有其他光学元件插入在这两者之间，因为所需的光学功仍然能够实现。耦合器或耦合器与另一个片上器件的组合(使得有大量的偏振相关插入损耗)进一步被称为偏振选择性耦合器。此外，从偏振管理的角度来看，其后是pic子系统(其预期功能仅针对一种偏振得以实现，进一步被称为偏振选择性子系统)的耦合器面临与偏振选择性耦合器相同的挑战，因为对于另一种偏振没有获得预期的功能。类似地，当光的行进方向反转时，从偏振选择性子系统发射的经由pic耦合器的光仅具有一种偏振。因此，为了符号的简洁，偏振选择性子系统之前/之后的耦合器也被称为偏振选择性耦合器，即使该耦合器本身不是偏振选择性的。术语pic子系统和光子子电路在本文中可互换使用。
[0028]
如果不分别处理两种偏振，则两种偏振中的一种的附加损耗超过3db已经非常显著地影响了具有非保偏光纤的链路的性能，因此从偏振管理的角度来看，这已经被认为是偏振选择性耦合器。一些应用甚至需要不超过1或2db的偏振相关损耗。如果在光学隔离器中使用，两种偏振中的一种的附加损耗超过10db就已经允许实质的光学隔离，因此从光学隔离的角度来看，它已经被认为是偏振选择性耦合器。对于某些应用，低至5db的附加损耗可能是可接受的。
[0029]
一种光学隔离器实施方式在于放置在两个偏振选择性元件之间的法拉第旋转器(例如，由石榴石材料制成，由于石榴石的磁化而对其施加永久磁场，或者由附加磁体制成)。法拉第旋转器以非互易的方式旋转透射光的偏振，即当光在一个方向上穿过材料时，光的偏振在一个方向上旋转，当光在另一个方向上穿过材料时，光的偏振在同一方向上旋转(相同的手性)，而不是旋转返回。那么，隔离器的工作原理如下：
[0030]
在通过方向上，第一偏振器以预定的偏振来透射光。然后，法拉第旋转器被设计成在一个方向上将偏振旋转45
°
(没有前置符号的旋转角度通常可能是指任一旋转方向)。第二偏振器相应地对准以让光穿过。
[0031]
相反，来自另一个方向的光被隔离器阻挡。或者，它与第二偏振器的通过偏振不匹配，并直接被第二偏振器阻挡。相反，如果与第二偏振器匹配，它会被法拉第旋转器再旋转45度。由于法拉第旋转器的非互易性质，这成为第一偏振器的受阻偏振而终止，所以此刻光也被过滤掉了。
[0032]
虽然该基准配置仅让光在用于一种偏振的通过方向上穿过，但也存在允许两种偏振在正向(通过)方向上穿过的许多配置。例如，这将在下文(优选的实施例c)中通过以下来实现：由偏振选择性反射器实施第一偏振器并进一步处理两种偏振相关的光束路径，高效地在与pic上的偏振选择性耦合器相组合的一个玻璃模制的光学插入器结构中创建两个这样的隔离器，每个隔离器处理两种偏振中的一种。
[0033]
光学隔离通常用于激光器的输出端处以避免在控制不良的条件下，由于光被反射回激光器腔中而导致操作不稳定。隔离器可以紧随激光器之后放置，或者在某些情况下，放置在激光器之后的一定距离处，但仍位于发射器子系统内部，例如，位于pic的输出端处，激光器通过另一个(输入-)端口耦接至该pic。这是可以接受的，因为激光器对背向反射的灵
敏度随着与背向反射源的距离而增加，因此在光链路下游(例如，在接收器处或在诸如光开关或分插复用器的插入器件处)发生的背向反射更为关键。
[0034]
在某些情况下，如果另一个器件已经具有足够的偏振灵敏度，则两个偏振选择性元件中的一个不需要作为单独的器件。例如，激光器，通过其腔或其增益介质的设计，可以对第二种偏振具有足够高的抑制。在这种情况下，激光器也被认为是隔离器的偏振选择性元件。


技术实现要素：

[0035]
这里描述的本发明能够利用低成本的微光学器件实现具有高级功能的单模耦合，诸如偏振管理和/或光学隔离。这些微光学器件可以通过玻璃模制制造并作为精密的玻璃模制的插入器实施。特别地，通过模制玻璃晶片形状的预制件来并行地模制多个零件以及微光学器件的晶片级表面处理(例如，薄膜涂覆、金属沉积或微图案化)和晶片级组装使得能够降低制造成本。
[0036]
本发明包括一种光学组件，其中pic上的(通常为单模)器件，诸如单模波导或单模激光器，通过玻璃插入器被耦接至(通常为单模)第二光学元件，诸如玻璃光纤或激光器。玻璃插入器包括至少一个透镜(通常为两个透镜)，该透镜允许匹配pic和第二光学元件之间的光束轮廓(或者，如果传播方向反转，则反之亦然)。pic包括至少一个偏振选择性耦合器，且玻璃插入器包括至少一个偏振选择性反射器或偏振选择性滤光器。在一些实施例中，法拉第旋转器也被插入光束路径中并且可以附接至玻璃插入器或附接至pic。总之，这些元件不仅能够实现低损耗光耦合，还能够实现偏振管理和/或光学隔离。由于pic和第二光学元件可以紧邻位于光学插入器上的透镜，自由光束路径可以主要位于插入器内，从而如前所述便于组装。由于pic和/或第二光学元件可以附接至玻璃插入器的机械接触琢面/附接界面，因此可以很好地控制从pic或第二光学元件发射的或由pic或第二光学元件接收的光束的角度。
[0037]
本发明还包括一种基于高精度玻璃模制技术制造玻璃插入器的方法，该方法包括构件块的晶片级制造、表面处理和预组装。对插入器几何形状和组装工艺进行优化，以最大限度地降低对制造公差的灵敏度，特别是用于形成构件块的顶部模具和底部模具之间的确切距离。大量的功能和不同的插入器可以利用单一或少数构件块类型来获得。
[0038]
由于应用于玻璃插入器的偏振选择性表面处理通常适用于有限的k-矢量范围(在傅立叶分解后测定的入射角)，因此对光束进行准直或近准直是有利的(与pic和第二光学元件发射或接收的光束相比，衍射角减少)，这就是为什么从光束路径的角度来看，玻璃插入器包括插入在其间的至少两个具有偏振选择性表面处理的透镜是有利的。可能的偏振选择性表面处理包括如上所述的金属光栅、介质光栅或薄膜涂层。在下文中，在具有比pic和第二光学元件发射/接收的光束显著更窄的k-矢量分布的意义上，将光束描述为准直的还可以意味着接近准直。基本准直可以是指光束的衍射角低于从/由pic和第二光学元件发射/接收的光束的衍射角的一半。它还可以是指其k-矢量分布的半峰全宽(fwhm)低于从/由pic和第二光学元件发射/接收的光束的半峰全宽(fwhm)的一半。
具体实施方式
[0039]
本发明的详细描述(装置)
[0040]
本发明包括可以由模制的玻璃制成的微光学部件，可互换地称为玻璃插入器或光学插入器[300]，其具有通过对内部或外部表面的处理来实施的至少一个偏振选择性反射器或偏振选择性滤光器[310]，以及包括至少一个偏振选择性耦合器[110]的光子集成电路(pic)[100]。玻璃插入器能够在pic上的偏振选择性耦合器之间将光耦合至第二光学元件[200]或耦合来自第二光学元件[200]的光。
[0041]
图1(a)示出了第二光学元件[200]由玻璃光纤[201]来实施以及偏振选择性耦合器[110]由单偏振、单模vcsel[111]来实施的实施例。如果vcsel通过其腔和增益介质设计发射单偏振并拒绝其他偏振中的反射，则vcsel被认为是偏振选择性耦合器。更常规地，下文中的偏振选择性耦合器也可以是以偏振选择性的方式将光耦合至pic[100]的波导[120]或耦合来自pic[100]的波导[120]的光的器件，该pic[100]的波导[120]可以是单模波导。这样的偏振选择性耦合器例如是单偏振光栅耦合器[112]或边缘耦合器[113]，其可以与应用于pic的诸如波导波纹[131]或薄膜涂层[132]的附加偏振选择性元件[130]组合实施。玻璃插入器[300]包括两个透镜[320a]和[320b]以及偏振选择性反射器[310]。pic、玻璃插入器和光纤一起形成光学子组件，该光学子组件进一步附接至印刷电路板，该印刷电路板包括其他部件(图1(b))，诸如电子器件，例如跨阻抗放大器(tia)或调制器或激光驱动器，以及边缘连接器，诸如四通道小型可插拔(quad small form factor，qsfp)连接器。光纤可以附接至标准光纤连接器，诸如多光纤mpo连接器。在图中，pcb代表印刷电路板，psm代表并行单模，wdm代表波分多路复用，oi代表光学插入器，sm代表单模。在本发明的其他实施例中，代替偏振选择性反射器[310]或除了偏振选择性反射器[310]之外，插入器还可以包括简单的反射器[330]或波长选择性反射器[340]。
[0042]
图2示出了在偏振选择性耦合器[110]和第二光学元件[200]之间的光束路径的不同配置。来自第二光学元件的光使用第一透镜[320a]准直并被引导至玻璃插入器[300]的偏振选择性反射器或滤光器[310]。该元件根据光束的偏振将光束分离成两个光束中的一个，并将具有单偏振的至少一个光束引导至第二聚焦透镜[320b]，第二聚焦透镜[320b]将光聚焦到pic上的偏振选择性耦合器[110]上。该设备还可以在光束路径被反转的情况下操作，即将从pic的偏振选择性耦合器[110]发射的光使用玻璃插入器[300]耦合至第二光学元件[200]。光束[400]的示例性偏振在图2至图6中通过叠加在光束路径上的双虚线箭头表示。这些仅是示例性的——一般来说，重要的是当存在几个光束时，它们彼此正交，并且它们对应于偏振选择性滤光器或反射器[310]的透射或过滤/反射偏振。为了举例说明可能的实施方式，它们通常被示为偏振，如果光学插入器上的偏振选择性元件将被实施为macneille配置中的使用薄膜涂层的偏振选择性滤光器或反射器，则将需要偏振。箭头还表示光传播的路径。
[0043]
图2(a)-2(d)中所示的配置的区别在于光束由/从pic的边缘接收/发射，或者由/从pic的顶表面接收/发射。这两种配置具有实际意义，因为它们对应于不同类型的pic耦合器，它们都有优点和缺点。例如，光栅耦合器从pic的顶表面以从法线到表面通常在+/-30
°
内的角度发射光，并且属于表面发射耦合器的类别。它们的优点在于能够在分割成管芯(die)之前对pic进行晶片级的探测和分类，但也受到操作波长范围的限制。另一方面，边缘
耦合器是宽带的，但更难以晶片级进行探测。它们还可能导致更复杂的组装，因为管芯的边缘提供较小的附着表面，并且发射/接收的光束通常具有比针对光栅耦合器更小的横向尺寸，从而导致更严格的对准公差。
[0044]
这些配置彼此之间的差异还在于第二光学元件[200]发射/接收光束的角度基本上垂直于pic的表面(例如，相对于表面法线在+/-30
°
的角度范围内)，或者第二光学元件[200]发射/接收光束的方向基本上平行于pic的表面(例如，相对于与表面平行的方向在+/-30
°
的角度范围内)。这具有很高的实际意义，因为电光收发器的当前形状因数通常指定光纤端接在模块边缘的连接器处。在这种情况下，如在配置(b)和(c)中所示的，将光路由出去是有利的。另一方面，用于数据中心中的光通信的新兴趋势在于将电子开关结构与电光收发器共同封装。这移除了插入的印刷电路板信号迹线(signal trace)，并降低了开关芯片和电光模块之间的电子信号衰减和失真。因此，可以降低与电光收发器和开关结构之间的电子数据传输相关联的功耗。然而，这需要密集封装接入这种共同封装的光学器件的光纤。例如，12.8tb/s的开关芯片需要32个模块，每个模块发送和接收400gb/s，如果每根光纤在一个方向上传输100gb/s，则对应于总共256根光纤。如此大量的光纤可以装入16
×
16根光纤的2维阵列中，紧密地封装成4
×
4mm，节距为250μm。然而，这需要纤维从封装的顶部离开。在这种情况下，(a)和(d)所示的配置是有利的。
[0045]
在配置(a)和(b)中，偏振选择性pic耦合器[110]从/向pic的顶表面发射/接收光束，即，它是表面发射耦合器，并且可以是单偏振光栅耦合器[112]。在配置(c)和(d)中，偏振选择性pic耦合器从/向pic的边缘发射/接收光束，并且可以是与pic内部的诸如波纹波导[131]的偏振选择性元件[130]组合的边缘耦合器[113]，或以例如薄膜涂层[132]的形式施加到pic边缘的表面处理。在所有四种配置中，一对透镜[320a]、[320b]对从pic[100]到第二光学元件[200]的光束或从第二光学元件[200]到pic[100]的光束进行成像。偏振选择性反射器或滤光器[310]应用于玻璃插入器的外表面或内表面，并让一种偏振从pic上的偏振选择性耦合器传播至第二光学元件，或从第二光学元件传播至pic上的偏振选择性耦合器。另一种偏振被路由走或被吸收，要么被丢弃要么被路由到其他地方，例如被路由到pic上的另一个耦合器。还可以使用偏振选择性反射器[310]将具有不同(正交)偏振的两个光束(例如由pic的两个偏振选择性耦合器发射的光束或由第二光学元件和第三光学元件发射的光束)组合成单个光束。
[0046]
配置(a)和(c)的特征在于所选择的偏振透射通过偏振选择性反射器或滤光器[310]，而配置(b)和(d)的特征在于所选择的偏振被偏振选择性反射器[310]反射。
[0047]
在下文中，描述了对应于图3至图6的本发明的四个优选的实施例。接着描述了制造和组装光学玻璃插入器[300]的方法。
[0048]
a：在图3(a)中描绘的第一优选的实施例中，该装置将来自第二光学元件[200]的两种偏振耦合至pic[100]上的两个不同的耦合器[110a]、[110b]。这种功能例如在从标准单模光纤[201]接收光的接收器中是有利的，在标准单模光纤[201]中，光的偏振已经被扰乱或者数据以两种偏振被编码。除了这里描述的装置，还可以在pic上使用双偏振耦合器。然而，这种耦合器往往具有更高的插入损耗，遭受更高的偏振相关损耗(pdl)，并对制造技术施加更多限制。替代地，这里描述的装置可以用于将光从pic[100]发射到光纤[201]中。在这种情况下，光在光纤中将具有偏振，这取决于它是从哪个pic耦合器发射的。这样的功
能例如在使用双偏振作为独立通信信道(例如，使用双偏振正交相移键控或dpqpsk)的双偏振发射器中是有利的，在每个通信信道中，数据都被编码。
[0049]
优选的实施例包括由玻璃制成的微光学器件，即玻璃插入器[300]和pic[100]。玻璃插入器包括第一透镜[320a]、第二透镜[320b]、第三透镜[320c]、第一偏振选择性反射器[310]和可以是偏振选择性或非偏振选择性的第二反射器[330]。虽然偏振不敏感的反射器可以满足元件[330]所需的功能，但只有一种偏振经过那里，因此也可以使用反射所述偏振的偏振选择性反射器。这在一些制造流程中可能有利于减少必须应用的不同表面处理的数量。例如，在图3(b)所示的变体中，元件[310]和[330]需要反射相同的偏振，因此原则上它们可以通过相同的表面处理获得。
[0050]
pic[100]包括第一偏振选择性耦合器[110a]和第二偏振选择性耦合器[110b]，每个偏振选择性耦合器耦合片上波导[120a]、[120b]和自由空间光束[400a]、[400b]之间的光，其中由这两个偏振选择性耦合器耦合成的两个自由空间光束的偏振具有相对于彼此基本上正交(相反)的偏振。这例如可以通过在pic的表面上使偏振选择性耦合器[110a]、[110b]彼此正交定向来实现，如图3(a)和图3(b)中所示的针对表面发射器/接收器的情况。通常，平面外光束的角度可以垂直于pic的表面(即，沿着表面法线)或最多可以偏离该轴线30
°
。
[0051]
即使光相对于pic的表面法线以一定的角度离开或进入表面发射pic耦合器，如果透镜的光轴沿着所述表面法线并且如果表面发射耦合器相对于透镜居中(即，在它们的光轴上)，则由光学插入器[300]内部的透镜[320b]和[320c]产生的准直光束最终沿着所述表面法线的方向传播。实施例a-d可以以这种方式实施。如果第二光学元件[200]相对于平行于pic表面的方向/相对于透镜[320a]的光轴的方向以较小的角度发射或接收光，则类似的考虑也适用于第二光学元件[200]，如图3(a)中所描绘的。例如，如果第二光学元件[200]是具有以一定角度抛光的端-琢面的玻璃纤维[201]，就将会是这种情况。如果端琢面处的光纤的纤芯相对于透镜[320a]居中(即，在透镜的光轴上)，并且透镜[320a]的光轴平行于pic的表面，则由光学插入器[300]内部的透镜[320a]产生的准直光束[400a]、[400b]将平行于pic表面。如图2至图6所示的光束方向也可以偏离所描绘的插入器内部的方向，例如最大偏离20
°
。
[0052]
偏振选择性反射器[310]在将两个光束[400a]、[400b]路由到第二光学元件[200]之前将它们组合(当将来自pic的光耦合至第二光学元件时)，或者分裂两个光束[400a]、[400b]，使得它们可以被独立地路由到两个偏振选择性耦合器[110a]、[110b](当将来自第二光学元件的光耦合至pic时)。一般来说，这里描述的所有耦和方案都可以在任一方向上操作。
[0053]
因此，两种耦和方案的区别在于光行进的方向：对于第一种耦和方案，来自第二光学元件[200]的光具有2种可能的偏振，即，电场可以沿着垂直于图3(a)中所示的插入器截面的平面的方向定向(进一步被称为s-偏振光)，或者其可以平行于该平面定向(进一步被称为p-偏振光)。在图3(a)中，光束[400a]示例性地示出为s-偏振的，而光束[400b]示例性地示出为p-偏振的。使用第一透镜[320a]对光进行准直，并将光向玻璃插入器[300]的第一偏振选择性反射器[310]引导。这里，具有一种偏振的光，例如s-偏振光，被反射到第二透镜[320b]，并聚焦在pic上的偏振选择性耦合器[110a]上，从而耦合至pic上的波导[120a]。具
有另一种偏振的光，例如p-偏振光，透射通过偏振选择性反射器[310]，被引导到第二反射器[330]，在第二反射器[330]处光被反射到第三透镜[320c]，并且聚焦在pic上的第二偏振选择性耦合器[110b]上，并且被耦合至pic的另一个波导[120b]中。该耦和方案可以用于例如将在单模光纤[201]中传播的两种偏振耦合至pic[100]，其中偏振在光纤内部不受控制，或用于在两个通信信道上独立地编码数据。
[0054]
对于第二种耦和方案，光的传播方向是相反的。因此，来自两个pic耦合器[110a]、[110b]的光被耦合至诸如光纤[201]的第二光学元件[200]中，其中偏振取决于光是从哪个偏振选择性耦合器[110a]、[110b]发射的。该耦和方案可以例如在pic的输出端处使用，以将来自实施偏振复用(将数据编码到两种偏振上)的发射器电路的光耦合至单模光纤中。
[0055]
作为图3(a)中所示的配置的优点，该配置依赖于pic上的正交定向的表面发射/接收耦合器[110a]、[110b]，耦合至pic的波导[120a]、[120b]中的光最终在pic[100]内部具有相同的偏振，即使它在pic和第二光学元件[200]之间的自由空间光束中具有正交的偏振。这有助于pic设计，因为pic内部的部件都可以针对相同的偏振进行设计。当使用表面发射耦合器时，优选的实施例a-d都可以以这种方式配置。当使用边缘耦合器时，可能需要在pic内部实施(通常是互易的)偏振旋转器，以便此后在pic内部获得相同的偏振。
[0056]
图3(a)所示的配置可以基于图2所示的不同配置进行推广。例如，偏振选择性耦合器[110a]和[110b]可以是边缘耦合器，在这种情况下，玻璃插入器[300]可以放置在pic的一侧，如图3(c)所示。如图3(b)所示，还可以在基本上垂直于pic的表面的方向上将光耦合至第二光学元件[200]和耦合来自第二光学元件[200]的光，其中这可以通过移动透镜[320a]的位置并重新定向光栅耦合器(表面发射耦合器)[112a]、[112b]的取向来简单地实现，表明特别是表面耦合器的取向(和通常的pic)必须与光学插入器共同设计以匹配彼此的要求。
[0057]
当用于蚀刻-耦合配置时，偏振选择性耦合器的优选的偏振可以例如通过改变波导截面或波纹波导[131]中的光栅周期来确定，从而对于被拒绝的偏振验证了布拉格条件。这在图3(c)中示例性地示出，其中示出波纹[131a]和[131b]的周期性是不同的。
[0058]
在该优选的实施例中，通过利用玻璃插入器上的偏振选择性反射器[310]以及通过根据接收或发射的偏振来定向或调整pic上的偏振选择性耦合器[110a]、[110b]来实现偏振管理。这样，偏振管理分布在pic和玻璃插入器上。这里，偏振管理是指偏振复用和/或解复用(demultiplexing，也称为多路分解)。
[0059]
b：在图4所描绘的第二优选的实施例中，该装置实施了光学隔离器。光学隔离器是在一个方向(通过方向)透射光并在相反方向(阻挡方向)阻挡光的非互易光学器件。这里，光学隔离器由嵌在2个偏振选择性元件[110]、[310]之间的法拉第旋转器[500]组成，偏振选择性元件[110]、[310]透射一种偏振的光并阻挡或重新路由另一种偏振的光。通过在光学插入器[300]的偏振选择性反射器或滤光器[310]和pic[100]的偏振选择性耦合器[110]之间的光束路径中添加法拉第旋转器，单模耦合器件增强了光学隔离功能。该装置可以用在发射器pic的输出端处，以保护上游激光器不受发生在发射器下游的(例如在光纤或接收器中的)背向反射的影响。通过将光学隔离器集成到光纤耦合器中，可以显著降低激光子组件的组装成本，从而显著降低整个收发器系统的组装成本。特别是，这可以在不牺牲隔离功能的情况下实现倒装芯片或异质激光器集成。由于激光器和光纤耦合器之间的光路长度通
常相对较短，大约为几毫米或几厘米，这在保持稳定的低噪声激光器操作方面是可以接受的。该装置还可以用于发射器pic的输入端处，以将激光耦合至pic中，再次将激光与背反射隔离。在这种情况下，光的方向相对于图4(a)中描绘的方向反转(且法拉第旋转器的旋转方向反转，或改变偏振选择性耦合器的取向/配置以互换隔离器的通过和阻挡方向)。如已经提到的，这里描述的耦和方案可以在任一方向上使用，其中在光学隔离的情况下，由于光束路径的非互易性质，必须进行如上文所描述的小调整。
[0060]
优选的实施例包括由玻璃制成的微光学元件，即玻璃插入器[300]、pic[100]、第二光学元件[200]和法拉第旋转器[500]。玻璃插入器包括第一透镜[320a]、偏振选择性反射器或滤光器[310]和第二透镜[320b]。pic包括偏振选择性耦合器[110]，该偏振选择性耦合器[110]将来自优选偏振的光耦合至pic上的波导[120]。当通过pic的表面将光耦合至pic或耦合来自pic的光时，如图4(a)所示，偏振选择性耦合器[110]的取向必须根据隔离器的操作方向来选择，如下文中所描述的。在边缘发射耦合器的情况下，如图4(b)所示，耦合器必须适合于对目标偏振具有选择性。法拉第旋转器元件[500]可以集成在插入器[300]中，或附接至插入器[300]，或者可以集成在pic[100]中，或附接至pic[100]。它也可以是放置在插入器[300]的偏振选择性反射器或滤光器[310]和pic[100]的偏振选择性耦合器[110]之间的光束路径中的任何位置的单独元件。
[0061]
描述了差异在于光的行进方向的两种耦和方案：对于第一种耦和方案，(i)首先使用第一透镜[320a]准直来自第二光学元件[200]的光，并将其向偏振选择性反射器或滤光器[310]引导。(ii)偏振选择性反射器或滤光器根据光束的偏振现在要么反射(图4(a))/透射(图4(b))光束，要么丢弃光束。在第二光学元件[200]仅支持单偏振的情况下，例如对于某些半导体激光器的情况，在如图4(a)所描绘的其中光束被反射的耦和方案的情况下，偏振选择性反射器[310]可以由偏振不敏感的反射器[330]代替。在如图4(b)所描绘的直接耦和方案的情况下，也可以简单地省略偏振选择性滤光器[310]。在这种情况下，第一偏振选择性元件有效地移动到第二光学元件[200]。(iii)然后，光由光学插入器[300]的第二透镜[320b]聚焦到pic[100]的偏振选择性耦合器[110]上，以便它将所有或部分光耦合至pic波导[120]中。法拉第旋转器[500]的设计方式是以非互易的方式将光束的偏振旋转45
°
。
[0062]
从pic的耦合界面直接反射的光保持其偏振。由于偏振选择性耦合器[110]仅产生具有与入射光束的目标偏振相一致的固定偏振的光束，所以耦合至pic中和从pic内部或pic之后的器件反射回来的光也保持其初始偏振。从pic返回的在相反方向上传播的光的偏振再次被法拉第旋转器[500]以非互易的方式旋转45
°
。在已经实施偏振选择性反射器或滤光器[310]的情况下，它的性能现在被切换：如果在(ii)中它反射(图4(a))/透射(图4(b))光束，现在由于偏振切换而丢弃光束。换言之，如果元件[310]是偏振选择性反射器，则对于反射的返回光束而言，交换透射和反射性能。因此，反转光路采用与正向光路不同的路径，并且光束不被耦合回第二光学元件[200]。如果第二光学元件[200]仅接受单偏振并且未实施偏振选择性反射器或滤光器[310]，则反射光被路由回第二光学元件[200]。然而，由于第二光学元件[200]仅支持单偏振，因此光现在被它拒绝，所以仍然实现了光学隔离功能。因此，在所有情况下，第二光学元件[200]高效地与在pic[100]处或pic[100]之后发生的反射隔离。该耦和方案可以用于例如将激光直接耦合至pic或使用在激光器和耦合器件之间的光纤将激光耦合至pic(作为优选的实施例c描述的装置的扩展还支持通过非保偏光纤连接
的激光器)。
[0063]
对于对应于从pic[100]到第二光学元件[200]的通过方向的第二耦和方案，来自pic的光通过具有单偏振的偏振选择性耦合器[110]从pic耦合出。该偏振由法拉第旋转器[500]旋转45
°
，由第二透镜[320b]进行准直并向插入器[300]的偏振选择性反射器或滤光器[310]引导。然后，光被插入器[300]的第一透镜[320a]聚焦在第二光学元件[200]的耦合界面上并耦合至第二光学元件[200]。
[0064]
例如，如果第二光学元件包括其中偏振被加扰的光纤，则从第二光学元件[200]反射的光可以具有两种偏振中的任一种。然而，在这两种情况下，它都被阻止耦合回pic中：任何一种光都具有将通过偏振选择性反射器或滤光器[310]以及两个透镜[320a]和[320b]路由回到偏振选择性耦合器[110]上的正确的偏振。选择法拉第元件的旋转方式为使得光然后相对于由偏振选择性耦合器[110]耦合的光具有正交偏振，从而防止光然后被耦合回到pic中。或者光具有另一种偏振，从而偏振选择性反射器[310]不将其耦合回偏振选择性耦合器[110]并且再次防止光被耦合回pic中。因此，这里也获得了隔离功能，因为从第二光学元件[200]反射回来的光没有耦合回pic[100]中，与其偏振无关。该耦和方案可以用于例如在发射器光路的输出端处将pic耦合至光纤，以高效地将发射器及其光源与发射器的下游另外实施的光纤和/或其他光学电路中发生的背向反射隔离开来。
[0065]
对于实施例a，这里也可以将图4(a)中所示的表示经由pic的顶表面耦合至pic和从pic耦合的配置推广至其中光经由pic的边缘耦合至pic和从pic耦合的配置(图4(b))。在这种配置中，边缘耦合器[113]的偏振灵敏度可以例如通过波导波纹[131]或通过薄膜涂层[132]来获得，波导波纹[131]的周期根据待透射或反射的偏振进行调整。在图4(b)中，边缘耦合器界面处的光的偏振优先地沿x-或y-方向，如图所示，因为这些对应于通常由波导模式保存的偏振。这有助于例如波纹[131]的设计和制造。由于法拉第旋转器[500]引起的45
°
旋转，那么偏振选择性反射器或滤光器[310]的表面法线在图中所示的坐标系中优先地沿或方向。换言之，为了调节法拉第旋转器，光学插入器[300]已经相对于图2(c)中所示的配置以z轴作为旋转轴旋转了+/-45
°
。
[0066]
在该优选的实施例中，通过利用玻璃插入器[300]上的偏振选择性反射器或滤光器[310]以及通过根据接收或发射的偏振来定向或调整pic[100]上的偏振选择性耦合器[110]来实现光学隔离。这样，光学隔离分布在pic和玻璃插入器上。
[0067]
c：在第三优选的实施例中，如图5所描绘的，该装置结合了优选的实施例a和b的功能，实现了偏振相关路由和光学隔离二者。为了实现这些功能，该实施例包括玻璃插入器[300]、pic[100]以及第一法拉第旋转器[500a]和第二法拉第旋转器[500b]。该实施例可以用作pic的输入端处的光纤耦合器，以将其连接至光源。然后，它允许将从光源到达的两种偏振耦合至pic中，同时保护光源不受来自pic的反射的影响。即使光源是发射单偏振的激光器，该偏振也可以在插入在激光器和pic之间的单模光纤中被扰乱。虽然保偏(pm)光纤将防止偏振加扰，但pm光纤的制造成本较高，组装成本也更高，因为它必须仔细地对准，以使其慢轴和快轴平行/垂直于所传输的光偏振定向。替代地，该实施例可以在pic的输出端处使用以将其耦合至光纤。然后，它允许根据需要将具有任一偏振的光耦合至光纤中，例如在使用偏振复用的发射器中，即在两种偏振上编码数据。同时，它保护pic和合并在pic内部或在pic上游实施的光源不受pic的输出端之后发生的反射的影响。在该后一种情况下，与前
一种情况相比，隔离器的正向方向反转。如在优选的实施例b中，可以根据光想要行进的方向来调整法拉第旋转器[500a]、[500b]的旋转方向，或偏振选择性耦合器[110a]、[110b]和/或偏振选择性反射器或滤光器[310]的取向/配置。在图5中，例如，光栅耦合器[112a]和[112b]的取向已相对于图3(a)旋转了45
°
，以解释光束[400a]和[400b]的偏振正被法拉第旋转器[500a]和[500b]附加旋转了45
°
的事实。光栅耦合器[112a]和[112b]保持彼此正交定向。也可以将一个法拉第旋转器配置为将入射光束旋转+45
°
，而将另一个法拉第旋转器配置为将入射光束旋转-45
°
，例如通过相对于另一个法拉第旋转器倒装一个法拉第旋转器。在那种情况下，两个光栅耦合器[112a]和[112b]必须彼此平行或反平行定向。
[0068]
在该优选的实施例中，通过利用玻璃插入器[300]上的偏振选择性反射器或滤光器[310]以及通过根据接收或发射的偏振来定向或调整pic[100]上的偏振选择性耦合器[110]来共同实现光学隔离和偏振选择性路由。这样，光学隔离和偏振选择性路由功能分布在pic和玻璃插入器上。
[0069]
d：在图6图示的第四实施例中，该装置实施从第二光学元件[200a]到pic[100]以及从pic[100]到第三光学元件[200b]的单模耦合的方式为使得由pic[100]接收的光和从pic[100]重新发射的光可以具有任意偏振。此外，可以通过片上光子器件、电光器件或光电器件[150]在pic上对光进行处理，而无论所述偏振如何。光子器件、电光器件或光电器件是处理有或没有到电域或来自电域的转导的光的器件，并且可以例如是滤光器、波分多路复用器、光学分插复用器或电光调制器。它还可以包括光电检测器，例如与功率监视器分接头或光学分插复用器组合。它可以根据电控制信号进行重新配置，并且可以产生或转换高速电信号。不管它是否涉及电信号，在下文中它将被称为光子器件。
[0070]
该装置包括模制的玻璃插入器[300]、具有两个偏振选择性耦合器[110a]、[110b]和连接这两个元件的光子子电路[140]的pic[100]，以及2个法拉第旋转器[500a]、[500b]。光子子电路[140]是pic[100]上的光学电路的子集，并且包括一个或多个光子器件[150]。
[0071]
pic通过双向光子子电路[140]连接2个偏振选择性耦合器[110a]和[110b]，使得通过第一偏振选择性耦合器[110a]进入pic的光的至少一部分通过第二偏振选择性耦合器[110b]离开pic，并且通过第二偏振选择性耦合器[110b]进入pic的光的至少一部分通过第一偏振选择性耦合器[110a]离开pic。光子子电路[140]具有至少两个端口[141a]和[141b]，通过波导[120a]和[120b]，其中一个端口连接至偏振选择性耦合器[110a]，另一个端口连接至偏振选择性耦合器[110b]。经由这些端口中的一个注入光子子电路[140]中的光的至少一部分经由这些端口中的另一个离开光子子电路[140]。
[0072]
光子子电路[140]可以进一步处理光，例如通过根据数据流来调制振幅和/或相位，通过根据波长对其进行滤波，通过利用分接头和光电检测器对其进行监控，通过根据波长来丢弃某些通信信道并随后对它们进行光电检测，或通过根据波长添加某些通信信道。换言之，一些但不是所有的光需要在光子子电路[140]的两个端口[141a]和[141b]之间传输。可以在两个端口[141a]和[141b]之间传输所有波长的光，或者例如如果光学回路[140]包括波长选择性光子器件[150]，则仅在两个端口[141a]和[141b]之间传输一些波长的光。
[0073]
光子器件[150]也可以是具有至少两个端口的器件，使得其端口中的一个直接或间接连接至端口[141a]，并且其端口中的另一个直接或间接连接至端口[141b]。类似地，端口[141a]和[141b]可以利用波导[120a]和[120b]直接连接至偏振选择性耦合器[110a]和
[110b]，或者可以例如经由插入器件间接连接至偏振选择性耦合器[110a]和[110b]。如果至少一些光从一个部件传播至另一个部件，则认为pic上的两个部件是相连的。直接连接是指利用波导的直接连接，而间接连接是指利用一个或几个插入器件的连接。在最简单的情况下，光子子电路[140]包括这样的2端口光子器件[150]、将第一偏振选择性耦合器[110a]连接至器件[150]的第一端口的波导以及将第二偏振选择性耦合器[110b]连接至器件[150]的第二端口的波导。
[0074]
光子器件[150]可以是双向器件，其在光可以通过该器件传播的两个方向上(从其端口的第一端口至第二端口或从第二端口至第一端口)均实现其功能。在优选的实施例中，2端口光子器件[150]是电光调制器[151]，该电光调制器[151]调制穿过其光学端口中的任一个光学端口进入的光，并将经调制的光传输到其两个光学端口中的另一个光学端口。这种调制的发生与光行进穿过器件的方向无关，即调制器是双向电光调制器。例如如果调制器作为集总元件被电驱动，即如果调制器足够小，以便在给定的时间内传送到其有源元件(移相器、电吸收部分)的电信号在整个器件中基本上相同，则这可以实现。例如，行进波调制器不是集总元件调制器，并且通常仅在光在优选的方向上行进时才以最高目标调制率工作。集总元件调制器的示例是例如谐振环形调制器、曲折调制器(马赫-曾德尔调制器，其移相器是曲折的以使其从电学角度来看足够小以成为集总元件)以及足够紧凑以成为集总元件的某些类型的慢光调制器。双向慢光调制器可以被实施为谐振辅助的马赫-曾德尔调制器，其中根据单一数据流共同驱动几个环形调制器。
[0075]
玻璃插入器将第二光学元件[200a]和第三光学元件[200b]耦合至pic[100]，其中从第二光学元件[200a]到达的两种偏振被路由到pic的相应的偏振选择性耦合器[110a]和[110b]，并且从pic的相同的两个偏振选择性耦合器发射的光被路由到第三光学元件[200b]。需要法拉第旋转器[500a]、[500b]的非互易偏振旋转来分离2种耦和方案(第二光学元件[200a]到pic[100]和pic[100]到第三光学元件[200b])的光束路径，它们是非互易的。玻璃插入器[300]的所需的复杂功能可以通过向优选的实施例a、b和c所基于的玻璃插入器元件添加第二层偏振选择性和/或偏振不敏感的反射器来实现。换言之，这里所需的复杂玻璃插入器可以通过将较简单的元件堆叠并将它们彼此组装在一起来制造，如在制造方法的描述中更详细地描述的那样。在图6中，例如可以看出一组反射器[310a]、[310b]和[330a]在第一水平上，且反射器[310c]和[330b]在第一水平上方堆叠的第二水平上。此外，在图6中，反射器[310a]、[310b]和[330a]在一个方向上定向，例如相对于pic的表面法线的-45o或在该角度的+/-20o内，而反射器[310c]和[330b]在另一个方向上定向，例如相对于pic的表面法线的+45o或在该角度的+/-20o内。这里，在等效(对称)实施例中，+45o和-45o可以彼此互换。
[0076]
在下文中，根据光是沿s-偏振还是p-偏振进行偏振来描述光束路径。在本说明书中，通过重新配置插入器[300]的偏振选择性反射器[310]和pic[100]的偏振选择性耦合器[110a]、[110b](根据哪种偏振被透射或反射/丢弃)以及法拉第旋转器[500a]、[500b](根据旋转方向，即旋转角度的符号)可以彼此调换s-和p-。换言之，两种偏振的确切性质并不重要，只要它们彼此正交即可。示例性地选择了图6中所示的偏振，以使在macneille配置中操作具有偏振选择性反射器[310]的实施方案。
[0077]
光束路径描述如下：使用第一透镜[320a]准直来自第二光学元件[200a]的光的2
种偏振并将其引导到第一偏振选择性反射器[310a]。p-偏振光透射穿过偏振选择性反射器[310a]并使用第二透镜[320b]聚焦在pic[100]的第一偏振选择性耦合器[110a]上。第一法拉第旋转器[500a]位于p-偏振光的光束路径中，例如位于第二透镜[320b]和pic[100]之间，并且将偏振旋转45
°
。法拉第旋转器[500a]的旋转方向和偏振选择性耦合器[110a]的方向被配置为使得该光被耦合至pic中。从第二光学元件[200a]发射的s-偏振光被第一偏振选择性反射器[310a]反射向第二偏振选择性反射器[310b]，该第二偏振选择性反射器[310b]再次反射该s-偏振光，并将该s-偏振光路由到第三透镜[320c]，该第三透镜[320c]将该s-偏振光聚焦在pic[100]的第二偏振选择性耦合器[110b]上。第二法拉第旋转器[500b]放置在s-偏振光的光束路径中，并将偏振旋转45
°
。法拉第旋转器[500b]的旋转方向和第二偏振选择性耦合器[110b]被配置为使得该光被耦合至pic中。从具有p-偏振的第二光学元件[200a]发射的并路由到第一偏振选择性耦合器[110a]的光的路径构成第一光束[400a]。从具有s-偏振的第二光学元件[200a]发射的并路由到第二偏振选择性耦合器[110b]的光的路径构成第二光束[400b]。
[0078]
通过第一偏振选择性耦合器[110a]进入pic[100]的光由光子子电路[140]处理并通过第二偏振选择性耦合器[110b]离开pic。另一方面，通过第二偏振选择性耦合器[110b]进入pic的光由光子子电路[140]处理并通过第一偏振选择性耦合器[110a]离开pic。
[0079]
从pic[100]的第二偏振选择性耦合器[110b]发射的光以相反的方向通过第二法拉第旋转器[500b]传输，其中其偏振以非互易方式再旋转45
°
，将其转换回p-偏振光。使用第三透镜[320c]对光进行准直，并将光引导到第二偏振选择性反射器[310b]。这里，光被透射并被引导到第三偏振选择性反射器[310c]，在那里光被透射并使用第四透镜[320d]聚焦到第三光学元件[200b]的耦合界面上。
[0080]
从pic[100]的第一偏振选择性耦合器[110a]发射的光以反向通过第一法拉第旋转器[500a]传输，其中其偏振以非互易方式再旋转45
°
，将其转换回s-偏振光。使用第二透镜[320b]对光进行准直，并将光向第一偏振选择性反射器[310a]引导。这里，光被反射向第四(偏振选择性的或偏振不敏感的)反射器[330a]，在该第四反射器[330a]处，光被反射向第五(偏振选择性的或偏振不敏感的)反射器[330b]，在该第五反射器[330b]处，光又被反射向第三偏振选择性反射器[310c]，在该第三偏振选择性反射器[310c]处，光被反射并使用第四透镜[320d]再次聚焦到第三光学元件[200b]的耦合界面上。
[0081]
从第一偏振选择性耦合器[110a]发射并路由到第三光学元件[200b]的光的路径构成第三光束[400c]。从第二偏振选择性耦合器[110b]发射并路由到第三光学元件[200b]的光的路径构成第四光束[400d]。
[0082]
为了更好地区分图6中的光束[400a]、[400b]、[400c]和[400d]，从第二光学元件[200a]行进，穿过光学插入器[300]并到达pic[100]的光束[400a]和[400b]用带有填充的箭头头部的实线箭头表示。对应的偏振也用填充的箭头头部表示。从pic[100]行进，穿过光学插入器[300]并到达第三光学元件[200b]的光束[400c]和[400d]用带有开放箭头头部的虚线箭头表示。对应的偏振也用开放箭头头部表示。
[0083]
在更抽象的层面上，三个偏振选择性反射器[310a]、[310b]和[310c]的功能可以描述如下：第一偏振选择性反射器[310a]具有(i)根据其偏振，分离从第二光学元件[200a]发射的入射光束[400a]和[400b]，将第一入射光束[400a]送至第一偏振选择性耦合器
[110a]并将第二入射光束[400b]送至第二偏振选择性反射器[310b]的功能。它具有(ii)将来自第一偏振选择性耦合器[110a]的第一返回光束[400c]路由至第三偏振选择性反射器[310c]的第二功能。第二偏振选择性反射器[310b]具有(i)将来自第一偏振选择性反射器[310a]的第二入射光束[400b]路由至第二偏振选择性耦合器[110b]并将来自第二偏振选择性耦合器[110b]的第二返回光束[400d]路由至第三偏振选择性反射器[310c]的功能。第三偏振选择性反射器[310c]具有组合分别从第一偏振选择性反射器[310a]和第二偏振选择性反射器[310b]到达的返回光束[400c]和[400d]，并将它们路由到第三光学元件[200b]的功能。这些功能是在反射模式还是透射模式下实现的，以及路由是直接的还是间接的，例如用附加的插入反射器[330]，对于光束的基本路由图来说是具体的和非实质的实施方式。
[0084]
将光束从第一元件路由到第二光学元件以及将从第二光学元件返回的另一光束路由到第三光学元件的功能也是光学循环器的功能，该光学循环器是非互易器件。因此，与法拉第旋转器[500a]和[500b]一起，偏振选择性反射器[310a]和[310b]各自具有循环器的功能。此外，偏振选择性反射器[310a]具有分裂从第二光学元件[200a]入射的光束[400a]和[400b]的功能。偏振选择性反射器[310c]具有在返回光束[400c]和[400d]被路由到第三光学元件[200b]之前组合它们的功能。
[0085]
还可以实施替代配置，其中与法拉第旋转器[500a]和[500b]一起，偏振选择性反射器[310a]和[310b]各自具有如上文的循环器的功能，但是其中偏振选择性反射器[310a]具有组合返回光束而不是分裂入射光束的附加功能。在该配置中，偏振选择性反射器[310c]还具有分裂入射光束而不是组合返回光束的功能。该配置可以例如通过彼此调换图6中的第二光学元件[200a]和第三光学元件[200b]、反转所有光束的方向以及反转法拉第旋转器的旋转方向以适应反转路径来简单地实现。因此，通常两个偏振选择性反射器，与其相关联的法拉第旋转器一起，各自具有循环器的功能。这两个偏振选择性反射器中的一个具有以下附加功能：(i)在入射光束已经被第二光学元件[200a]发射之后根据其偏振来分裂该入射光束，或者(ii)在将相反偏振的返回光束送至第三光学元件[200b]之前将其组合。第三偏振选择性反射器具有两个功能(i)或(ii)中的另一个。因此，四个功能，即两个循环器，偏振分束器和偏振组合器，分布在三个偏振选择性反射器[310a]至[310c]上，其中它们中的一个除了是光学循环器的一部分之外，还具有组合或分裂光束的双重作用。
[0086]
在优选的实施例中，所有的偏振选择性反射器[310a]、[310b]、[310c]是相同类型的(就哪种偏振被透射或反射而言)。在另一优选的实施例中，反射器[330a]、[330b]也实施为具有相同类型的表面处理。这极大地促进了光学插入器的制造，因为可以对所有这些反射器使用相同的表面处理(例如，薄膜涂层)。这是可能的，因为需要[330a]和[330b]来反射图6中的s-偏振，与偏振选择性反射器[310a]、[310b]和[310c]相同。在另一个优选的实施例中，法拉第旋转器[500a]和[500b]具有相同的类型。如果两个法拉第旋转器以相同的方式定向，使得入射光束[400a]和[400b]二者都以相同的方向旋转，则单偏振光栅耦合器[112a]、[112b]应当优先地彼此正交(垂直)定向。如果一个法拉第旋转器被倒装，使得一个入射光束被旋转+45o，而另一个入射光束被旋转-45o，则两个单偏振光栅耦合器应当优先地定向为彼此平行或反平行。
[0087]
在该优选的实施例中，通过利用玻璃插入器上的偏振选择性反射器以及通过与法拉第旋转器相结合地定向或调整pic上的偏振选择性耦合器来实现双向偏振选择性路由。
这样，双向偏振选择性路由功能分布在pic和玻璃插入器上。由于两种偏振从第二光学元件[200a]路由到pic[100]上的两个不同的偏振选择性耦合器[110a]、[110b]，并且从偏振选择性耦合器[110a]和[110b]发射的具有相同偏振的光稍后被路由到不同的第三光学元件[200b]，因此整个系统本质上是非互易的并且不能在没有一个或几个法拉第旋转器的情况下实施。
[0088]
替代地，不同的pic配置将能够利用相同或类似的光学插入器[300]获得如图6所示的相同功能，但不需要法拉第旋转器[500a]、[500b]。在该pic配置中，两个偏振选择性耦合器[110a]、[110b]各自被双偏振耦合器[170a]、[170b]代替。光子子电路[140]被配置为支持两种偏振，即，对于任一偏振的光都获得了预期的功能。这可以利用支持两种偏振的光子部件[150]来获得，或通过在子电路[140]内部分裂偏振并通过配置双份光子部件[150]来获得，其中双份配置的部件[150a]、[150b]中的每一个部件处理一种偏振。在进入部件[150a]、[150b]中的一个部件之前和离开部件[150a]、[150b]中的一个部件之后，可以旋转和调换光的偏振，使得光子部件[150a]和[150b]可以具有相同的类型。
[0089]
双偏振耦合器[170a]、[170b]能够将具有任一偏振的入射光耦合(接收)到波导[120a]、[120b]中，以及将来自波导[120a]、[120b]的具有任一偏振的光耦合出pic(发射)。法拉第旋转器[500a]和[500b]不再需要并被移除。双偏振耦合器的取向可以相应地调整。在所有其他方面，实施例d的在先描述的方面仍然适用。双偏振耦合器[170a]、[170b]以这样的方式配置(定向)，使得将光束[400a]以第一偏振耦合至波导[120a]中并且将光束[400b]以第二偏振耦合至波导[120b]中。由于光束[400a]和[400b]具有相反的(正交)偏振，这可以对应于双偏振耦合器[170a]和[170b]以共享共同的取向。
[0090]
那么，来自光束[400a]的光从双偏振耦合器[170a]传播至子电路[140]的端口[141a]，从端口[141a]传播至子电路[140]的端口[141b]，并且从端口[141b]传播到双偏振耦合器[170b]。在那里，它以一种偏振从pic[100]发射，该偏振相对于光束[400b]的偏振正交，并且对应于图6中的光束[400d]的偏振(并且还对应于光束[400a]的初始偏振)。情况就是这样，因为来自光束[400a]和[400b]的光在pic内部具有正交的偏振，因此在没有诸如法拉第旋转器[500]的非互易器件的情况下，它在离开pic(从pic发射)后也需要是正交的。类似地，来自光束[400b]的光那么从双偏振耦合器[170b]传播至子电路[140]的端口[141b]，从端口[141b]传播至子电路[140]的端口[141a]，并且从端口[141a]传播至双偏振耦合器[170a]。在那里，它以一种偏振从pic[100]发射，该偏振相对于光束[400a]的偏振正交并且对应于图6中的光束[400c]的偏振(并且还对应于光束[400b]的初始偏振)。因此，从pic发射的光此后遵循与图6中描绘的和如上文所描述的相同的光路，从而它被耦合至第三光学元件[200b]。
[0091]
与双偏振耦合器[170a]和[170b]相关联的挑战是，它们需要将两种偏振耦合至单波导[120a]或[120b]，或者耦合来自单波导[120a]或[120b]的两种偏振，而不是根据偏振各自将光耦合至两个波导中的一个，或者耦合来自两个波导中的一个的光。该功能可以例如通过1d衍射光栅(类似于单偏振光栅耦合器)来实现，两种偏振以不同的角度从该1d衍射光栅发射，或者两种偏振以不同的角度入射到该1d衍射光栅上。替代地，两种偏振可以在耦合器的不同位置处从双偏振耦合器[170a]和[170b]发射，或者由双偏振耦合器[170a]和[170b]接收。那么，在光学插入器设计中必须考虑这些中任一者或两者。最后，可以设计光
栅耦合器以通过管理光栅耦合器内部的双折射，例如使用亚波长图案化/结构，以在相同位置和以相同角度发射/接收两种偏振。
[0092]
在pic[100]的该配置中，不需要法拉第旋转器[500a]和[500b]，因为pic支持波导[120a]、[120b]内部和光子子电路[140]内部的两种偏振的光。这为光提供了额外的自由度，该自由度决定了光在离开pic[100]后被路由到哪里，该pic[100]可以与互易光学器件一起用于路由。在前面的pic配置中，由于偏振选择性耦合器[110a]和[110b]接收和发射具有相同偏振的光，所以该自由度仅通过光行进的方向给出。根据定义，使用光的方向来确定光遵循的路径是非互易器件的性质，诸如由法拉第旋转器[500]所实现的。
[0093]
在更抽象的层面上，在利用双偏振耦合器验证实施例d的功能的该替代实施例中，可以看到偏振选择性反射器[310a]和[310b]验证了具有互易器件的循环器的等效功能，其中使用正向和反向路径的经切换的偏振来获得它(光束[400a]和[400c]具有相反的偏振，光束[400b]和[400d]具有相反的偏振)。
[0094]
该第四实施例d可以用于通过使用单模光纤[201a](第二光学元件[200a]的实例)将远程光源耦合至pic[100]并将经处理的光送到进一步路由到下游电光接收器的互连光纤[201b](第三光学元件[200b]的实例)，来在接近电开关核心的空间上实施光的大规模并行处理。在这样的接收器中，可以使用根据实施例a或c的耦合装置。使用根据实施例d的耦合装置的发射器和使用根据实施例a或c的耦合装置的接收器可以组合在公共pic、公共子组件或公共封装中。
[0095]
当将光学器件与散发大量热量的电子器件共同封装时，由于激光器在温度升高时会损失性能，因此远程设置光源是非常有利的。此外，当电子开关与收发器系统的其他部分(诸如电光调制器)共同封装时，远程设置激光器并将其与一根或多根光纤连接允许在单个激光器发生故障时更换单个激光器而无需更换整个开关。利用一根或多根单模光纤将一个或多个远程激光器(remote laser)连接至pic，而不是利用保偏光纤，这是非常有利的，因为它可以大大降低制造成本。将光学器件与高速电子器件共同封装是非常有利的，因为它避免了电信号衰减和失真，否则会在插入的印刷电路板迹线中发生。最大的困难是以大规模可平行化和偏振不敏感的方式将光耦合进和耦合出pic，这就是本文解决的问题。假设一个面内方向上的透镜之间的节距为250μm(对应于光纤阵列中光纤之间的标准节距)，并且在另一个面内方向上耦合器/透镜之间的节距为3.5mm(对应于典型光纤阵列的厚度)，则总共可以将超过1000根的光纤附接至32
×
30mm十字线尺寸的标准硅光子器件上，对应于500条以上的双向光链路。在当前最先进的数据速率下(50千兆波特的4-电平脉冲振幅调制，对应于100gb/s)，这将对应于超过50tb/s的总带宽，符合数据中心中架顶式交换器的数据吞吐量要求。这种封装方案的另一个有前途的应用领域是信号到相控阵天线的大规模并行光学分布，正如5g无线技术所预期的那样。
[0096]
在图1至6和图11至13中，pic[100]上的器件被表示为在pic的同一侧(表面)上，插入器[300]或插入器构件块[600]、[700]、[800]、[900]被附接在该pic的该侧上。然而，表面发射耦合器也可以通过pic的背侧发射/接收光，该背侧与在其上制造表面发射耦合器的一侧相对。在这种情况下，插入器[300]或插入器构件块[600]、[700]、[800]、[900]也将安装在pic的背侧上。虽然这可能导致由表面发射耦合器发射的光束由于在到达插入器[300]之前行进穿过的传播距离增加而变宽，但这可以通过内置在插入器中的透镜[320a]、[320b]
来补偿，而不需要附加的结构元件。上文和下文描述的所有配置都可以推广至通过位于pic的背侧的表面发射光或接收来自位于pic的背侧的表面的光的表面发射耦合器，该pic的背侧被定义为与在其上制造耦合器和其他光子器件的一侧相对。
[0097]
本发明的详细描述(方法)
[0098]
本发明包括用于制造前述实施例和其他器件的方法，该方法通过组装多个相同的玻璃模制的构件块[600]以形成玻璃插入器[300]。可以通过组装不同类型的构件块[600]、[700]、[800]来构建更复杂的玻璃插入器[300]，然而，为了便于库存和生产，将不同类型的构件块的数量保持在最小。特别地，制造上述实施例a-d的方式在下文中公开。
[0099]
第一种类型的构件块[600]由图7图示。该构件块包括琢面[601]，当附接诸如pic[100]、激光二极管或光纤[201](或者，更一般地，第二或第三光学元件[200]、[200a]、[200b])的另一光学元件，精确地确定所述光学元件与透镜[602]的距离，以及精确地确定由pic[100]或第二或第三光学元件[200]、[200a]、[200b]发射/接收的光束相对于透镜的光轴的角度时，该琢面[601]可以用作机械接触和附接界面。构件块还包括两个光学琢面[603]和[604]，光学琢面[603]和[604]可以用例如薄膜涂层、光栅、金属化或本文中描述的任何其他表面处理来进行表面处理，以限定偏振选择性或偏振不敏感反射器[310]、[330]、偏振选择性滤光器[310]、波长选择性滤光器[340](例如，用于波分多路复用器的实施)，或以减少反射(抗反射涂层)。根据配置，光束可以以偏振选择性或偏振不敏感的方式以及以波长选择性或波长不敏感的方式在这些光学琢面处被反射、透射、散射或吸收。特征[605]和[606]便于经由玻璃模制进行制造以及构件块的组装(堆叠)，并在下文进行描述。透镜[602]的光轴[607]由点划线示出。
[0100]
此外，如图7(b)所示，构件块可以具有制造到琢面[601]中的凹部[608]，形成可以在其中插入诸如法拉第旋转器[500]、双折射板、偏振器片、分色镜或其他波长选择性器件的附加光学元件[609]的空间，使得沿透镜的光轴[607]传输(传播)的光线也通过插入的光学元件[609]传输(传播)。光学元件[609]可以例如附接在如图7(b)所示的凹部[608]的侧面上的阶梯状特征处。图7(a)和7(b)示出了没有凹部[608]和具有凹部[608]的这种构件块[600]的示例性截面。插入的光学元件[609]还可以是楔形或棱柱形元件，其由于其非平行的表面而改变光束的传播角度。例如，如果稍后将pic[100]附接至构件块的琢面[601]，则这是有用的，其中表面发射或接收偏振选择性耦合器[110]，诸如光栅耦合器[112]以与pic的表面法线成一定角度发射或接收光束。那么，插入的光学元件[609]可以用于重新对准光束的方向，使其基本上平行于透镜[602]的光轴[607]，或者在到达透镜之前移动光束的轴。如果琢面[601]附接至以一定角度发射光束的第二或第三光学元件[200]、[200a]、[200b]，诸如端-琢面以一定角度抛光的玻璃纤维[201]，则类似的考虑仍然存在。
[0101]
在优选的实施例中，琢面[601]垂直于透镜[602]的轴[607]。在第二优选的实施例中，琢面[601]相对于垂直于透镜[602]的轴[607]的平面成不超过20
°
的角度。在优选的实施例中，第一光学琢面[603]相对于透镜[602]的轴[607]成-45
°
的角度，或在该角度的+/-20
°
内。在优选的实施例中，第二光学琢面[604]相对于透镜[602]的轴[607]成+45
°
的角度，或在该角度的+/-20
°
内。正角是逆时针方向的，而负角是顺时针方向的。2个光学琢面[603]、[604]的中心点之间的轴可以垂直于透镜[602]的轴[607]。
[0102]
可以使用玻璃模制工艺，优选地通过在板状(晶片形)玻璃预制件[1000]上模制几
个相同或不同的构件块来制造构件块，玻璃预制件[1000]的底部和顶部表面已经提前被抛光以确保光学级表面质量。如图8所示，构件块[600]、[700]、[800]可以在一个或多个模具上重复，成为基础结构的2d阵列[1001]，从而使用单一玻璃模制工艺在(玻璃)晶片级上实现相同构件块的多个复制品。然后，这些构件块稍后可以被分割为单个构件块或构件块的组或构件块的较小阵列，例如当并行光学收发器(例如，并行单模psm收发器)或具有多个输入和/或多个输出光纤的光学器件(诸如，光学开关和路由器)需要耦合结构的阵列时。如图7至22所示，构件块沿x-轴的优选的节距为250μm或127μm，因为它们对应于标准光纤阵列的光纤之间的节距，x-轴对应于平行于晶片表面的轴中的一个和对应于相对于图7和图20所示的构件块截面的面外轴。使用2个模具[1201a]和[1201b]模制构件块，其中一个模具形成附接界面[601]、透镜[602]以及任选的凹部[608]，而第二个模具形成第一光学琢面[603]和第二光学琢面[604]，以及特征[605]和[606]。
[0103]
在图7中，在两个光学琢面[603]和[604]否则将合并的地方，提供了附加的小琢面[605]。这有助于构件块的模制，因为否则会在两个琢面[603]和[604]合并的地方形成尖锐的尖端。这种尖锐的特征很难用玻璃模制来制造，并且会导致产量低下以及模具更快劣化，从而减少它们可以用于的模制步骤的数量。为了允许构件块的堆叠和组装以形成复合构件块[900]，在光学琢面[603]或[604]的任一基部处提供对应的互补特征[606]。在图7中，该互补特征[606]也被示为可以与琢面[605]具有相同宽度(在y-方向，如图所示)的小琢面。如下文所描述的，特征[605]和[606]还可以提供机械接触，在构建复合构件块[900]时引导构件块相对于彼此精确定位。
[0104]
如上文所描述的构件块可以与相同或不同类型的其他构件块组装，以实现复合构件块[900]中的目标功能。在下文中，通过字母a、b、c、d等(在图9至22中)标识形成复合构件块的各个构件块以及其对应的特征。例如，复合构件块使得组装的插入器[300]的内表面能够进行表面处理。它们还使复杂的形状能够形成，而这些复杂的形状很难或不可能利用单一的模制工艺直接形成。例如，形成两个彼此垂直定向的透镜(如图9(b)所描绘的，其中透镜[602a]和[602c]彼此垂直定向)将很难在单一的模制工艺中制造，并且即使可能也将不利地影响产量。此外，如果整个插入器是通过单一的模制工艺形成的，则复合构件块[900]的内表面(诸如图9(a)至9(d)中的[603a]、[603b]，即通过将构件块[600a]的琢面[603a]与构件块[600b]的琢面[603b]组合在一起而形成的内表面)的处理是不可能。尽可能多地依赖相同类型的构件块有利于库存，从而降低制造成本。
[0105]
在优选的实施例中，构件块的组装是通过环氧树脂或热糊基的胶合工艺完成的，其中环氧树脂可以是热固化的或uv固化的。在另一个优选的实施例中，该组装件通过焊接制成。金属涂层沉积在构件块的部分或全部表面上，其中例如通过阴影掩模实现空间选择性，之后模制的玻璃构件块可以彼此直接焊接以形成复合构件块。焊接工艺可以是激光焊接工艺、热焊接工艺或电流感应焊接工艺。当在光束路径中时，用于组装的环氧树脂或其他材料通常在与制成各个构件块的材料相匹配的一种或多种目标波长和折射率下是透明的，以使由于插入器内部的吸收或内部反射造成的光学损耗最小化。
[0106]
在随后的附图中被绘制为彼此接触或者被称为组合在一起的构件块的琢面可以彼此直接机械接触(在应用表面处理(例如，薄膜涂层和内刻光栅)之后，可以彼此直接机械接触，或与另一个构件块的未处理的表面直接机械接触)。它们也可以由粘接材料(诸如，固
化的环氧树脂)的薄层隔开。虽然原则上也可以在琢面之间有小的孔隙，但这在光束路径中通常是不希望的，因为界面将具有导致高反射的大量折射率不连续性，这将进一步受到高可变性的影响，除非孔隙的宽度被非常精确地控制。
[0107]
如上所述的构件块[600]允许不同形式的堆叠，如图9所示。应该注意的是，对于构件块[600]可能有几种排列，因为特征[606]可以定位在琢面[603]的基部处(如图所示)或在琢面[604]的基部处。此外，透镜[602]可以定位为使得其光轴[607]优选地在其y-z平面的中点处切割琢面[603]或琢面[604]。这些图基于一种这样的配置(特征[606]在琢面[603]的基部处，光轴[607]在其中点处切割琢面[603])，但是下文的复合构件块配置也适用于构件块[600]的其他排列。
[0108]
图9(a)描绘了两个构件块[600a]和[600b]被组装为使得它们相应的琢面[603a]和[603b]被结合在一起的配置。在该复合构件块中，琢面/特征[606a]、[605b]也被结合在一起。[605a]和[606b]也是如此。因此可以看出，构件块[600]的特征[605]、[606]如何可以充当机械对准特征，因为它们防止在[603a]和[603b]的接合处沿着接触界面滑动。此外，可以看出透镜[602a]和[602b]的光轴[607a]和[607b]重合。它们一起形成复合构件块[900]的光轴[901a]。为了使两个透镜的光轴重合，可以选择构件块[600]的透镜[602]的位置，使得其光轴[607]在y-z平面中在琢面[603]的中点处与琢面[603]相交，如图7和图9所描绘的。
[0109]
可以看到构件块[600a]的透镜[602a]和构件块[600b]的透镜[602b]位于复合构件块的相对表面，即它们相对于彼此旋转180
°
。它们的光轴[607a]和[607b]从透镜表面向构件块的内部定向，可以相对于彼此定向为180
°
或在该角度的+/-20
°
内。
[0110]
图9(b)示出了另一种配置，在该配置中将附加的构件块[600c]添加到复合构件块中。这例如可以提供附加的透镜[602c]，其光轴[607c]与轴[901a]正交或在与所述方向成+/-20
°
的角度内。轴[607c]形成复合构件块[900]的附加光轴[901b]。它在琢面[603a]和[603b]的中点处与琢面[603a]和[603b]相交，在相同的点处，光轴[901a]也与琢面[603a]和[603b]相交。这是琢面[603a]或[603b]充当镜子将光束从透镜[602c]送至[602a](反之亦然)的必要条件。为了获得该配置，将构件块[600c]的琢面[603c]与构件块[600a]的琢面[604a]结合在一起。将构件块[600c]的琢面[605c]和[606c]分别与构件块[600b]和[600a]的侧琢面结合在一起，其中构件块[600b]和[600a]的侧琢面可以在对构件块进行分割(例如，通过切割)期间已经形成。并非所有的琢面都已在图9中做了标记，以免使图过载，即使在本文中提及。然而，根据图7中的标记可以很容易地识别它们，因为图9中所示的所有构件块都具有相同的类型。
[0111]
可以看到构件块[600a]的透镜[602a]和构件块[600c]的透镜[602c]相对于彼此定向为90
°
。它们的光轴[607a]和[607c]从透镜表面朝向构件块的内部定向，可以相对于彼此定向为+90
°
或-90
°
或在这些角度的+/-20
°
内。
[0112]
如果预期功能是通过由琢面[603a]形成的反射器(具有或没有表面处理)在透镜[602a]和[602c]之间路由光束，特别地如果反射器不打算是偏振或波长选择性的，则可以从图9(b)所示的复合构件块中省略构件块[600b]。实际上，对于高于1.4142的玻璃折射率，并且如果琢面[603a]如上所述相对于光轴[901a]、[901b]成45o的角度，则获得全内反射，因此即使在没有表面涂层的情况下也将在玻璃-空气界面处获得反射器。然而，这也使得难
以在没有构件块[600b]的情况下在琢面[603a]处实施偏振或波长选择性反射器。虽然仍然可以利用例如金属光栅来获得偏振选择性，但更容易制造的薄膜涂层将不起作用，因为由于全内反射，两种偏振都会在空气界面处被反射，而与已沉积的薄膜无关。因此，为了实施波长或偏振选择性反射器[340]、[310]，包括构件块[600b]以防止与空气的高折射率对比度可能是有益的。在这种情况下，透镜[602b]可能不具有功能。通过组装相同类型的三个构件块[600]来构建复合构件块[900]以减少制造工艺中涉及的不同零件的数量可能仍然是有利的。在那种情况下，光在正常操作下不会到达构件块[600b]的透镜[602b]，因此不需要透镜。然而，用除透镜之外具有所有相同特征的构件块来替换构件块[600b]也可能是有益的。由于透镜具有最精细的特征，包括透镜的模具将会更昂贵并且会经历更快的劣化，从而限制了给定模具可以用于的模制步骤的数量。因此，当已达到关键生产量时，制造带有透镜的构件块将比制造不带透镜的构件块更昂贵。如果[600b]不存在或不包括透镜，则[901a]仅由[607a]给出。当功能上不需要透镜的情况下描绘包括透镜的构件块时，这些考虑也适用于下文描述的其他配置。
[0113]
图9(c)描述了另一配置，其中在图9(a)所示的配置中添加了两个附加的构件块[600c]和[600d]。如前所述，[600d]中的透镜可能具有功能，也可能不具有功能。在后一种情况下，构件块[600d]的存在可能是为了消除琢面[603c]处与空气的高折射率对比度。连接透镜[602a]的光轴[607a]与琢面[603a]相交以及透镜[602c]的光轴[607c]与琢面[603c]相交的两个点的连线形成复合构件块[900]的第二光轴[901b]。当存在时，透镜[602c]和[602d]的光轴[607c]和[607d]重合，并且形成复合构件块[900]的第三光轴[901c]。如果[600d]不存在或不包括透镜，则[901c]仅由[607c]给出。例如，光束可以通过沿着轴[901a]从透镜[602b]路由到透镜[602a]，或者通过沿着轴[901a]从透镜[602b]路由到[602c]到达琢面[603b]、[603a]，反射到轴[901b]并沿其路由到琢面[603c]、[603d]，反射到轴[901c]并沿其路由到透镜[602c]。
[0114]
由于在图9(c)所示的配置中，构件块[600a]和[600c]以及构件块[600b]和[600d]如最初在晶片[1000]上以阵列[1001]制造的那样保持并排，因此它们不需要在组装之前被分割成单独的构件块，而是可以保持在两个(或更多)构件块的块中。这便于复合构件块的组装，因为需要操作的零件更少。
[0115]
图9(d)示出了在配置9(c)上构建的配置，向配置9(c)添加了附加的构件块[600e]以提供与其他透镜成直角的透镜，类似于在配置9(b)向配置9(a)中添加的构件块。透镜[602e]的光轴[607e]与9(c)的光轴[901b]重合。它们一起形成配置9(d)的新光轴[901b]。例如，光束可以首先沿着光轴[901b]从透镜[602e]路由到透镜[602a]或[602c]中的任一个。在琢面[603a]、[603b]处向轴[901a]的反射将导致光束被路由到透镜[602a]。在琢面[603c]、[603d](如果存在)处向轴[901c]的反射将导致光束被路由到透镜[602c]。如前所述，这种反射可以取决于偏振或波长。
[0116]
特征[605]和[606]不需要是直的琢面，特别是在主要想要竖直堆叠的情况下。这在图10中示出。它们还可以由多个琢面或弯曲特征组成，即它们还可以包括圆形元件，以便于制造，因为在不同琢面的连接处的任何类型的尖锐特征都可能更难制造。图10(a)示出了构件块[600]的一种版本，其中特征[605]和[606]已被圆形特征(诸如，圆弧或椭圆形特征)替换，但仍彼此互补，因为其中一个具有另一个的倒置形状。在图10(b)中可以看出，当组装
两个构件块[600a]和[600b]使得其琢面[603a]和[603b]结合在一起时，其特征[605a]和[606b]以及其特征[606a]和[605b]也被结合在一起，而不会在其间形成孔隙。替代地，如图10(c)所示，甚至可以在特征[605]、[606]中的一个或两个处移除更多的材料，从而在组装复合构件块时，在特征[606a]、[605b]之间以及在特征[605a]、[606b]之间分别形成孔隙[902a]和[902b]，如图10(d)所示。这些孔隙可以用空气、真空或其他材料填充，但不会机械地阻止构件块的堆叠。此外，特征[605]和[606]可以形成为使得它们继续充当用于组装复合构件块[900]的机械引导件。例如，在图10(c)中，特征[606]包括与琢面[603]相对的履行该角色的附加的琢面[610]。当利用环氧树脂或其他粘接材料将构件块[600a]和[600b]彼此附接时，孔隙可以用于储存多余的环氧树脂或粘接材料，而不会对复合构件块的光学功能产生负面影响，因为光束不会通过这些区域。如果特征能够使构件块堆叠，从而使得将要结合在一起的光学琢面可以无缝结合在一起，而不会在光学琢面之间在光束通过的位置处产生孔隙，则这些特征在此被称为彼此互补。
[0117]
构件块的光学琢面可以用单层薄膜(包括金属)或薄膜堆叠(特别是介质薄膜)涂覆以实施偏振选择性反射器或滤光器[310]、偏振不敏感反射器[330]、抗反射涂层或波长选择性反射器[340](用于波分多路复用系统的实施)。替代地，1d或2d光栅也可以刻入琢面中，这也允许偏振选择性反射器或滤光器[310]以及波长选择性反射器[340]的实施。这些表面处理可以在玻璃晶片级上一次性地对所有构件块的所有琢面实施，或者仅对预定数量的琢面/预定区域实施。在优选的实施例中，这可以通过在涂层沉积期间使用适当的掩模技术来实现。通常，这可以通过光学光刻(例如，使用剥离技术)选择性地移除抗蚀剂层来完成。由于通过薄膜沉积(通常应用于广泛的区域)的表面处理通常不需要光学光刻所实现的精细特征，因此在沉积期间通过在模制的玻璃晶片上(或在其上已经安装了玻璃构件块的pic晶片上)覆盖可重复使用的机械掩模来进行阴影掩模可能更具成本效益，并因此是优选的方法。在第二个优选的实施例中，这也可以通过晶片级沉积以及随后使用适当的蚀刻工艺和掩模技术去除预定琢面区域中的薄膜涂层来实现。
[0118]
在制造方法的优选的实施例中，构件块的组装是以晶片级进行的，即，在组装之前使多个构件块彼此附接，或者作为整个制造的模制玻璃晶片，或者作为包含至少几个构件块的块，这些构件块将在分割/进一步切割之前组装在一起。其他元件可以作为经分割的构件块或仍然彼此附接的构件块的组附接至该晶片或晶片的零件。由于在分割之前构件块相对于彼此的位置非常明确，这有利于诸如取放组装的组装工艺。此外，这种方式可以在晶片或晶片的零件上提供对准基准，不需要为每个单独的构件块重复提供对准基准，从而节省空间和材料。
[0119]
在组装之后，如图7、图9、图10和图14至21所示的插入器或插入器子组件可以分割成实现如前所述的功能的单独的插入器，或者被分割成这种插入器的1d或2d阵列，这种插入器仍然彼此附接并且可以一起转移并附接至pic或其他光学元件。这便于插入器的放置。例如，可以对整个阵列共享对准基准。此外，在主动对准的情况下，确保至少两个插入器被适当对准就足以保证整个1d或2d阵列适当对准。
[0120]
至于将构件块组装成复合构件块或完整的玻璃插入器，将玻璃插入物组装到pic上也可以在对在其上制造pic的晶片进行完全或部分切割之前进行，即在对pic进行分割之前进行。pic可以用硅光子技术制造，并且插入器可以附接至硅光子晶片。
[0121]
这概念性地如图11所示。三个pic[100a]-[100c]仍然彼此附接。每个都具有四个表面发射耦合器，并且需要具有沿y-z平面的截面的光学插入器[300]，光学插入器[300]可以例如对应于图7、9、10、14至21中的任何一个。每个插入器[300]具有4个底部透镜[320]，向四个表面发射耦合器[110]中的一个发送光，或从四个表面发射耦合器[110]中的一个接收光(也参见图13)。将插入器[300a]-[300c]附接至pic[100a]-[100c]有几种选择。它们可以以(玻璃)晶片级组装，彼此附接(未分割)并一起转移到三个附接的pic，之后pic和光学插入器可能会一起被切割。替代地，光学插入器可以以玻璃晶片级组装、分割，并单独转移到三个附接的pic，之后pic被分割。最后，还可以将光学插入器逐个转移到已经分割的pic上。然而，晶片级的组装通常在大批量时效率更高。
[0122]
也可以将构件块[600a]-[600c]或复合构件块[900a]-[900c]转移并附接至附接的pic的组，并进行进一步的处理(诸如表面处理)以及在分割pic之前将构件块进一步堆积，而不是将完全组装的插入器[300a]-[300c]转移到附接的pic。对于以硅光子技术制造的pic，其优点在于例如可以在300mm晶片上进行诸如表面处理的工艺步骤，从而允许并行处理大量光学子组件。由于玻璃预制件目前比硅晶片小得多，这增加了单个工艺步骤(诸如，表面处理)的规模。
[0123]
至少在x-方向上(垂直于图7、9、10和14至22中的附图的平面)保持阵列是有利的，因为可以使这些阵列的节距直接匹配标准光纤阵列的节距。从组装的角度来看，插入器在另一个面内晶片方向上(由图7至22中的y轴给出)也保持彼此附接的2d阵列将是有利的，但是如果由于纤维阵列的厚度，插入器被限制为在该方向上以更大的距离隔开，则可能浪费大量的玻璃晶片表面。因此，在y方向上对阵列进行分割也可能是有利的，那么可以将其紧密封装在玻璃晶片上，但在pic上以更大的节距进行组装。这在图12中示出，其中在沿着x方向的切割线彼此分割之前，将构件块[600a]、[600b]，复合构件块[900a]、[900b]或完全组装的插入器[300a]、[300b]转移到pic或附接的pic的组。由于在y-方向上表面发射耦合器的组[110a]-[110d]和[110e]-[110h]之间的节距大于构件块或插入器的宽度(沿y-方向)，因此必须制造附加的间隔件[1002]以匹配插入器侧的节距。这导致缩腰的材料和玻璃晶片面积。如果构件块或插入器在转移之前被分割，则不需要间隔件[1002]并且可以节省玻璃晶片面积。
[0124]
当将构件块[600]或包括构件块[600]的复合构件块[900]附接至pic[100]或另一个光学元件[200]、[200a]、[200b]时，构件块[600]的机械接触琢面/附接界面[601]也可以用于密封pic[100]或其他光学元件[200]、[200a]、[200b]的部分表面以及构件块[600]的透镜[602]以与环境隔离。特别地，通过确保琢面[601]完全包围透镜[602]下方的区域，并且确保将粘接材料/焊料施加到琢面[601]以便也完全包围透镜[602]下方的区域，从而高效地密封形成在透镜和pic[100]之间的腔(图13)，则可以将构件块[600]的透镜[602]下方的区域保持在真空或改进的气氛中(例如，n2气氛或包含降低的氧气水平的不同惰性气氛)。这例如在由玻璃插入器形成的腔中也存在激光器的情况下是有用的，该激光器可以通过例如倒装芯片附接添加到pic中。密封还可以防止灰尘进入腔。这保护例如表面发射耦合器(例如，如图13中所示的[110a]-[110d])以及透镜[602a]-[602d]免受灰尘影响。
[0125]
虽然这里描述的制造方法能够制造上文描述的插入器，但是它们也允许制造不同类型的插入器，诸如例如图1中所示的更简单的单模光纤附接插入器，它能够将第二光学元
件[200]附接到pic[100]，但不具有偏振管理或隔离的特点。其还可以用于制造如图19所示的插入器，其中通过利用分色镜或其他波长选择性反射器而不是偏振选择性反射器来实施波分多路复用而不是偏振管理。这种波长选择性反射器[340]也可以通过如上文所描述的表面处理来制造。
[0126]
玻璃构件块中定义的常规对准基准可能难以用于验证构件块与诸如pic的其他结构元件的对准/重叠，因为构件块优选地由玻璃制造，即是透明的。一种可能性是利用这样的事实，即如果通过(从上方)构件块来可视化(成像)，制造到玻璃中的特征，诸如例如透镜，可以使位于构件块的另一侧(下方)的图案变形。例如，如果通过玻璃构件块的透镜或其他成形表面来可视化，在pic上定义的线、正方形、十字形或其他对准基准的阵列将变形，该玻璃构件块根据其与pic的对准而形成光学元件。例如，与透镜的光轴相交的直线仍将被成像为直线，而位于透镜光轴的一侧的直线可能由于不完美的透镜造成的变形而被成像为曲线。获得直线可以作为适当对准的标准。为了在平行于pic表面的两个轴上获得适当的对准，可以使用两个方向上的线，该两个方向的线可以形成十字形，但也可以是在不同透镜下(或者更一般地在玻璃构件块的不同光学元件下)的不同的线。因此，通过玻璃构件块[600]、[700]、[800]、复合构件块[900]或完整的插入器[300]可视化的对准基准的变形可以用作相对于在其上定义了对准基准的pic[100]对准玻璃构件块[600]、[700]、[800]、复合构件块[900]或完整的插入器[300]的标准。
[0127]
替代地，可以使用玻璃构件块的透镜或其他光学元件来对pic表面上的线、十字形或其他对准基准进行成像。如果对准基准相对于透镜居中，即在其光轴上，则产生的实像或虚像将相对于未通过透镜成像的周围对准基准以预定方式保持对准。这些周围对准基准可以通过构件块、复合构件块或插入器的一个或多个平坦表面成像，其中所述表面优选地平行于pic的表面。另一方面，如果透镜以及因此的构件块、复合构件块或插入器相对于成像的对准基准移位，则由透镜产生的实像或虚像将相对于未通过透镜成像的周围对准基准移位。因此，通过玻璃构件块[600]、[700]、[800]、复合构件块[900]或完整的插入器[300]的透镜或其他光学元件成像的对准基准相对于未通过透镜或其他光学元件成像的对准基准之间的相对对准可以用作玻璃构件块[600]、[700]、[800]、复合构件块[900]或完整的插入器[300]相对于在其上定义了对准基准的pic[100]对准的标准。通过其成像pic的对准基准的玻璃构件块的光学元件可以像倾斜的琢面一样简单，这也导致成像的对准基准移位。
[0128]
在下文中，描述了该制造方法在制造优选的实施例a至d以及包括波分多路复用的光学插入器的应用：
[0129]
1、图14示出了构建具有图14(a)中所示的功能的复合构件块[900]的可能性，该功能是图4(a)所代表的优选的实施例b所需的。在一个方向上，光束[400]由透镜[320a]进行准直，如果其具有反射偏振，则由偏振选择性反射器[310]反射，最后由透镜[320b]聚焦。光束的方向也可以反转，在这种情况下，[320b]是准直透镜，且[320a]是聚焦透镜。
[0130]
图14(b)示出了基于两个构件块[600a]和[600b]的实施例，构件块[600a]和[600b]以图9(b)的描述中已经描述的配置进行布置。[600a]和[600b]通过将琢面[603a]和[604b]结合在一起而组装。琢面/特征[606a]用作使两个构件块相对于彼此对准的机械止挡件，并且可以与例如通过切割形成的[600b]的侧琢面结合在一起。透镜[602a]和[602b]分别实施图14(a)中的透镜[320a]和[320b]的功能。光束[400]首先从透镜[602a]送到琢面
[603b]，琢面[603b]提供有表面处理，以便沿透镜[602a]的轴[607a]实施偏振选择性反射器[310]的功能，轴[607a]还形成复合构件块的轴[901a]。如果光束具有反射偏振，那么沿其轴[607b]将其进一步路由到透镜[602b]，轴[607b]也形成复合构件块的轴[901b]。关于图14(a)，光的方向可以反转。
[0131]
应用于图14(b)中的[603b]的琢面处理可以例如是金属光栅。它还可以是薄膜涂层，即使在那种情况下，如上文所解释的，可能难以在玻璃-空气界面处实现偏振选择性反射器[310]。因此，如已经在图9(b)的描述中所描述的，添加附加的构件块[600c]以减少通过将琢面[603b]和[603c]结合在一起而形成的界面的两侧上的介电对比度可能是有利的。用于构件块[600c]相对于其他两个构件块对准的机械止挡现在由可以与琢面/特征[605c]结合在一起的琢面/特征[606b]、可以与琢面/特征[606c]结合在一起的琢面/特征[605b]，以及可以与构件块[600c]的侧琢面结合在一起的琢面/特征[605a]给出，这些琢面/特征例如通过切割形成。
[0132]
2、图15示出了构建具有图15(a)中所示的功能的复合构件块[900]的可能性，该功能是图4(b)所代表的优选的实施例b所需的。在一个方向上，光束[400]由透镜[320a]进行准直，如果光束[400]具有透射偏振，则由偏振选择性滤光器[310]透射，最后由透镜[320b]聚焦。光束的方向也可以反转，在这种情况下，[320b]是准直透镜，[320a]是聚焦透镜。
[0133]
图15(b)示出了基于两个构件块[600a]和[600b]的实施例，构件块[600a]和[600b]以在图9(a)的描述中已经描述的配置进行布置。[600a]和[600b]通过将琢面[603a]和[603b]结合在一起而组装。琢面/特征[605a]和[606a]用作使两个构件块相对于彼此对准的机械止挡件，并且可以分别与琢面/特征[606b]和[605b]结合在一起。透镜[602a]和[602b]分别实施图15(a)中的透镜[320a]和[320b]的功能。光束[400]首先从透镜[602a]送到琢面[603a]、[603b]，琢面[603a]、[603b]中的一个或两个都提供有表面处理，以便沿透镜[602a]的轴[607a]实施偏振选择性滤光器[310]的功能，透镜[602a]的轴[607a]与透镜[602b]的轴[607b]重合，并且还形成复合构件块的轴[901]。如果光束具有透射偏振，那么沿轴[901]将其进一步路由到透镜[602b]。如先前所述，可以反转光的方向。
[0134]
3、图16示出了构建具有图16(a)中所示功能的复合插入器[900]的可能性，该功能是图3(a)和图5所代表的优选的实施例a和c所需的。在一个方向上，具有正交偏振的光束[400a]和[400b]被透镜[320a]准直并被送到偏振选择性反射器[310]。具有一种偏振的光束[400a]被反射到透镜[320b]并重新聚焦。具有另一种偏振的光束[400b]被透射到反射器[330]，该反射器进一步将光束[400b]反射到透镜[320c]。然后，它也被重新聚焦。至于前面的实施例，光的传播方向可以反转。
[0135]
图16(b)示出了基于四个构件块[600a]至[600d]的实施例，构件块[600a]到[600d]以在图9(d)的描述中已经描述的配置进行布置。构件块[600a]、[600b]和[600d]的组装受益于以与图14(c)中的构件块[600a]、[600b]和[600c]类似的方式引导构件块相对于彼此对准的机械止挡件，图14(c)中的[600c]采用与这里的[600d]相同的位置。在图16(b)中，[600c]被附接以将[604c]和[604d]结合在一起，其中例如通过切割形成的[600b]的一侧可以通过与[600c]的一侧形成机械接触而起到机械止挡件的作用。替代地，可以将[600c]和[600b]作为两个尚未彼此切割的附接在一起的构件块[600]处理。这种方法是优选的，因为它便于处理和组装，因为在构建复合构件块[900]时少组装一件必须组装的零
件。透镜[320a]、[320b]和[320c]分别由透镜[602a]、[602b]和[602c]体现。琢面[603b]和[603d]被结合在一起并形成偏振选择性反射器[310]，其中[603b]和[603d]中的一个或两个可以提供有适当的表面处理。琢面[603c]形成反射器[330]并且可以不涂覆，因为全内反射可以足以获得所需的反射(对于足够高的玻璃反射率)。然而，诸如薄膜涂层或金属涂层的涂层，即使不是必需的，也有助于使插入器对灰尘具有鲁棒性，因为光不会到达灰尘可能沉积在其上的外表面。
[0136]
4、图17和18形成用于实施实施例a和c的另外的变体，其中光从插入器的顶部而不是从侧面耦合进或耦合出透镜[320a]。更具体地，图17(b)是实施图3(b)和图3(c)所示的插入器的可能性，而图18(b)是实施实施例a和c的另外的变体的可能性。这些复合构件块由如图9(c)的描述中布置的几干构件块[600]形成。图17(a)和图18(a)的功能元件与图17(b)和图18(b)的结构元件之间的对应关系由公共标记表示。如针对图16所描述的，与针对内部琢面处的偏振选择性反射器[310]或外部琢面处的反射器[330]所描述的那些方面类似的方面在这里适用。类似于图16，图17和图18中的构件块[600b]和[600c]以及图18中的构件块[600a]和[600d]可以作为未分割的构件块[600]的组来处理，以便于组装和处理。
[0137]
5、图19示出了图16的扩展，其中添加了四个附加的构件块以创建2个附加的内部反射琢面。此外，这里的偏振选择性反射器[310]被波长选择性反射器[340]代替以实施波分多路复用器/解复用器(也称为信号分离器或多路输出选择器)。
[0138]
更详细地，图19(a)描述了图19(b)中所示的复合构件块[900]的功能。在一个传播方向上，各自具有不同波长的光束[400a]-[400d]经由透镜[320a]进入复合构件块[900]，并首先由该透镜准直并送到第一波长选择性反射器[340a]。根据其波长和反射器[340a]的波长选择性，光束[400a]被反射，送到透镜[320b]并聚焦，而光束[400b]-[400d]被透射并送到第二波长选择性反射器[340b]。根据其波长和[340b]的经修改的波长选择性，光束[400b]被反射，送到透镜[320c]并聚焦，而光束[400c]、[400d]被透射并送到第三波长选择性反射器[340c]。根据其波长和[340c]的进一步修改的波长选择性，光束[400c]被反射，送到透镜[320d]并重新聚焦，而光束[400d]被透射并送到反射器[330]。在那里，它被反射到透镜[320e]并重新聚焦。例如，不同的波长选择性可以用不同组成或层厚度的薄膜涂层来实现。
[0139]
图19(a)的功能元件与图19(b)的结构元件之间的对应关系由公共标记表示。如针对图16所描述的，与针对内部琢面处的偏振选择性反射器[310]或外部琢面处的反射器[330]所描述的那些方面类似的方面在这里适用，其中在内表面处可能更容易实现波长选择性。类似于图16，构件块[600b]-[600e]和[600f]-[600h]可以作为未分割的构件块[600]的组来处理，以便于组装和处理。
[0140]
其用作示例以示出这里描述的制造方法可以用于构建上文描述的光学插入器a-d，但也可以应用于其他类型的光学插入器，诸如实施波长选择性路由的插入器。
[0141]
6、图20和图21示出了构建复合构件块[900]的可能性，该复合构件块[900]具有作为优选的实施例d所描述的并在图6中示出的插入器[300]所需的特性。图20示出了构建图21(b)所示的复合构件块所需的两种另外类型的构件块，其进一步被称为第二类型的构件块[700]和第三类型的构件块[800]。构件块[700]可以实施为构件块[600]的镜像。它包括相同的基本特征，即用作机械接触的琢面[701]、透镜[702]、光学琢面[703]和[704]。此外，
它还可以包括便于通过玻璃模制制造和/或用作用于复合构件块组装的机械止挡件的琢面或圆形特征[705]，以及互补特征[706]。透镜[702]具有光轴[707]。
[0142]
构件块[700]与构件块[600]互补。特别地，构件块[700]的特征在于，如果构件块[600]的透镜[602]的光轴[607]相对于光轴[607]以-45o的角度或在该角度的+/-20o内与光学琢面[603]、[604]中的一个相交，则透镜[702]的光轴[707]相对于光轴[707]以+45
°
的角度或在该角度的+/-20o内与光学琢面[703]、[704]中的一个相交。此外，构件块[700]的特征在于，如果构件块[600]的透镜[602]的光轴[607]相对于光轴[607]以+45
°
的角度或在该角度的+/-20o内与光学琢面[603]、[604]中的一个相交，则透镜[702]的光轴[707]相对于光轴[707]以-45
°
的角度或在该角度的+/-20o内与光学琢面[703]、[704]中的一个相交叉。类似于第一类型的构件块[600]，第二类型的构件块[700]也可以具有用于插入光学元件[709]的凹部[708]。第二类型的构件块[700]可以在于如上所述的第一类型的构件块[600]的另一种排列。
[0143]
构件块[800]具有四个光学琢面[803]、[804]、[813]、[814]。此外，构件块[800]可以具有两个琢面或圆形特征[805]和[815]，便于通过玻璃模制进行制造和/或用作用于复合构件块组装的机械止挡件。在这种情况下，构件块[600]和[700]的特征[606]和[706]可能与构件块[800]的特征[805]和[815]互补。此外，构件块[800]可以具有可以分别与构件块[600]和[700]的特征[605]或[705]互补的特征[806]和[816]。特征[805]和[815]分别位于光学琢面[803]、[804]，光学琢面[813]、[814]将要合并的地方。特征[806]、[816]分别位于光学琢面[803]或[804]的基部，光学琢面[813]或[814]的基部。
[0144]
图21(b)示出了可以用类型[600]、[700]和[800]的构件块组装的复合构件块[900]，使得复合构件块的功能满足如图6所示的插入器[300]的实施例d的要求。图21(b)的结构元件和图21(a)的功能元件之间的对应关系由公共标记表示。复合构件块[900]可以由类型[600]的2个构件块[600a]、[600b]，类型[700]的两个构件块[700a]和[700b]以及类型[800]的三个构件块[800a]-[800c]组装而成。构件块[600a]和[600b]、构件块[700a]和[700b]以及构件块[800a]-[800c]可以分别作为2个、2个和3个未分割的构件块的组来处理。
[0145]
如图21所示，为了使构件块[600]、[700]和[800]按预期组装，构件块[600]和[700]的特征以及构件块[700]和[800]的特征需要互补。具体地，互补的特征对是[605]和[806]、[606]和[805]、[705]和[816]、[706]和[815]。
[0146]
透射通常所需的实施例d的功能以及例如接收器所需的实施例a或c的功能可以在公共玻璃插入器[300]上获得。例如，支持4个并行透射通道(光纤)和4个并行接收通道(光纤)的插入器[300]可以从可以保持彼此附接的2
×
8阵列的构件块[600]开始构建。2
×
8阵列被描述为附接到最右边2
×
2阵列的最左边2
×
2阵列。3
×
4阵列的构件块[800]可以附接在例如最左边阵列的顶部上，接着是堆叠在顶部上的2
×
2阵列的(倒装的)构件块[700]，以产生发射器所需的功能(根据图21)。1
×
2阵列或2
×
2阵列的(倒装的)构件块[600]可以附接在例如最右边阵列的顶部上，以产生接收器所需的功能(根据图17或18)。这种发射器/接收器阵列可以推广到其他端口数。
[0147]
如在现有技术的描述中提到的，与它们的标称设计相比，制造的构件块[600]、[700]、[800]之间的变化的主要来源中的一个是模制工艺期间控制顶部模具[1201a]和底
部模具[1201b]之间的距离。图14至图21中所示的所有实施方式已经被优化以最小化复合构件块[900]和插入器[300]对这个制造参数的灵敏度，即，如果修改这个参数，则它们的功能可以保持。特别地，在构件块[600]中，机械接触琢面[601]和透镜[602]可以由一个模具限定，而光学琢面[603]、[604]、琢面或圆形特征[605]、[606]可以由另一个模具限定。这同样适用于构件块[700]。对于构件块[800]，光学琢面[803]、[804]和琢面或圆形特征[805]、[806]可以用一个模具限定，而光学琢面[813]、[814]和琢面或圆形特征[815]、[816]可以用另一个模具来限定。
[0148]
改变构件块[600]、[700]、[800]中的任何一个的顶部模具[1201a]和底部模具[1201b]之间的距离不会阻碍如图9、10、14至19、21中的任何一个所示的组装方案，并且不会改变在光学琢面[603]、[604]、[703]、[704]、[803]、[804]、[813]、[814]的哪个点处光轴[607]、[707]、[901]中的任何一个与所述光学琢面相交。因此，假设光轴优选地垂直于或平行于机械接触琢面[601]、[701]的取向，并且优选地相对于光学琢面[603]、[604]、[703]、[704]、[803]、[804]、[813]、[814]的法线成+/-45
°
的角度，则光束在相同的点和以相同的角度到达透镜[602]、[702]，与由两个模具之间的间距给定的构件块的高度的偏差无关。因此，这些设计对制造变化的主要来源不敏感，从而使它们的生产更加简单且具有成本效益。
[0149]
这主要是由于这样的事实，即从由顶部模具形成的构件块元件传播至由底部模具形成的构件块元件的光沿着与用于构件块[600]和[700]的机械接触琢面/附接界面[601]、[701]的表面法线基本上平行，并且与用于所有三种类型的构件块的未模制的玻璃晶片表面的表面法线基本上平行的方向传播。分别地，，从由顶部模具形成的构件块元件传播到由底部模具形成的构件块元件的光沿着与对于所有构件块压制被驱动的方向(在模制工艺期间顶部模具和底部模具被压制在一起的方向，即压缩方向[1202a]和[1202b])基本上平行的方向传播。基本上平行在这里可能意味着在+/-20
°
的角度内，或在+/-10
°
或+/-5
°
的较小角度内，以在制造差异下提高对高度变化的容限/获得更好的性能。压缩方向[1202a]和[1202b]通常是相反的，但彼此平行。
[0150]
这在图22中进行了图示，其中通过沿压缩方向[1202a]和[1202b]将顶部模具[1201a]和底部模具[1201b]压制在一起形成三个构件块[600a]、[600b]、[600c]。稍后，可以通过沿着切割线[611a]和[611b]切割模制的玻璃晶片来分割三个构件块。可以看出，光学琢面[603a]-[603c]、[604a]-[604c]和琢面/特征[605a]-[605c]、[606a]-[606c]由顶部模具[1201a]形成，而机械接触琢面/附接界面[601a]-[601c]以及透镜[602a]-[602c]由底部模具[1201b]形成。构件块具有可以与透镜的光轴(例如透镜[602a]-[602c]的光轴[607a]-[607c])重合的光轴[901a]-[901c]。光轴[901a]-[901c]被制造的部件中的光束[400]遵循，并将由底部模具[1201b]形成的光学元件连接至由顶部模具[1201a]形成的光学元件，这里是透镜[602a]-[602c]和光学琢面[603a]-[603c]。重要的是，光轴[901a]-[901c]与压缩方向[1202a]、[1202b]平行，或在如上所述的角度公差内。
[0151]
标记参考列表
[0152]
100：pic
[0153]
110：偏振选择性耦合器
[0154]
110a：第一偏振选择性耦合器
[0155]
110b：第二偏振选择性耦合器
[0156]
111：单模、单偏振vcsel
[0157]
112：单偏振光栅耦合器
[0158]
112a：第一单偏振光栅耦合器
[0159]
112b：第二单偏振光栅耦合器
[0160]
113：边缘耦合器
[0161]
113a：第一边缘耦合器
[0162]
113b：第二边缘耦合器
[0163]
120：波导
[0164]
120a：第一波导
[0165]
120b：第二波导
[0166]
130：偏振选择性元件
[0167]
130a：第一偏振选择性元件
[0168]
130b：第二偏振选择性元件
[0169]
131：波导波纹
[0170]
131a：第一波导波纹
[0171]
131b：第二波导波纹
[0172]
132：薄膜涂层
[0173]
132a：第一薄膜涂层
[0174]
132b：第二薄膜涂层
[0175]
140：光子子电路
[0176]
141：光学端口
[0177]
141a：第一光学端口
[0178]
141b：第二光学端口
[0179]
150：光子、电光或光电器件
[0180]
151：双向电光调制器
[0181]
160：切割线
[0182]
170：双偏振耦合器
[0183]
170a：第一双偏振耦合器
[0184]
170b：第二双偏振耦合器
[0185]
200、200a：第二光学元件
[0186]
200b：第三光学元件
[0187]
201：玻璃光纤
[0188]
300：玻璃/光学插入器
[0189]
310：偏振选择性反射器或滤光器
[0190]
310a：第一偏振选择性反射器或滤光器
[0191]
310b：第二偏振选择性反射器或滤光器
[0192]
310c：第三偏振选择性反射器或滤光器
[0193]
320：透镜
[0194]
320a：第一透镜
[0195]
320b：第二透镜
[0196]
320c：第三透镜
[0197]
320d：第四透镜
[0198]
330：反射器
[0199]
330a：第四反射器
[0200]
330b：第五反射器
[0201]
340：波长选择性反射器
[0202]
400：光束
[0203]
400a：第一光束
[0204]
400b：第二光束
[0205]
400c：第三光束
[0206]
400d：第四光束
[0207]
500：法拉第旋转器
[0208]
500a：第一法拉第旋转器
[0209]
500b：第二法拉第旋转器
[0210]
600：构件块/第一类型的构件块
[0211]
601：琢面，机械接触/附接界面
[0212]
602：透镜
[0213]
603、604：光学琢面
[0214]
605：防止尖锐尖端的琢面或圆形特征
[0215]
606：与605互补的特征
[0216]
607：透镜的光轴
[0217]
608：用于插入光学元件的凹部
[0218]
609：插入的光学元件
[0219]
610：附加琢面
[0220]
611：切割线
[0221]
700：第二类型的构件块
[0222]
701：琢面，机械接触/附接界面
[0223]
702：透镜
[0224]
703、704：光学琢面
[0225]
705：防止尖锐尖端的琢面或圆形特征
[0226]
706：与705互补的特征
[0227]
707：透镜的光轴
[0228]
708：用于插入光学元件的凹部
[0229]
709：插入的光学元件
[0230]
800：第三类型的构件块
[0231]
803、804：光学琢面
[0232]
805：防止尖锐尖端的琢面或圆形特征，与606互补的特征
[0233]
806：防止尖锐尖端的琢面或圆形特征，与605互补的特征
[0234]
813、814：光学琢面
[0235]
815：防止尖锐尖端的琢面或圆形特征，与706互补的特征
[0236]
816：防止尖锐尖端的琢面或圆形特征，与705互补的特征
[0237]
900：复合构件块
[0238]
901：光轴
[0239]
902：孔隙
[0240]
1000：玻璃晶片，预制件
[0241]
1001：模制构件块的1d或2d阵列
[0242]
1002：间隔件
[0243]
1100：(任何类型的)构件块
[0244]
1101：琢面，机械接触/附接界面
[0245]
1102：透镜
[0246]
1103：光学琢面
[0247]
1107：透镜的光轴
[0248]
1201a：顶部模具
[0249]
1201b：底部模具
[0250]
1202a：顶部模具的压缩方向
[0251]
1202b：底部模具的压缩方向